nuclear.engineer.loxblog.com
سایت جامع مهندسی هسته ای وفیزیک هسته ای
صفحه نخست      پروفایل مدیر وبلاگ      پست الکترونیک     آرشیو مطالب      عناوین مطالب
  
 
زندگی نامه اینشتین
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 19:24 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

زندگی زندگی نامه اینشتین

 strange-albert-einstein.jpg

 

دوران دانشجویی

در این دوران مشهورترین مؤسسه فنی در اروپا مركزی به استثنای آلمان، مدرسه ی دارالفنون سوئیس در شهر زوریخ بوده است. آلبرت در امتحان داوطلبان شركت كرد ولی بخاطر اینكه در علوم طبیعی اطلاّعاتی وسیع نداشت در امتحان پذیرفته نشد. با این حال مدیر دارالفنون زوریخ تحت تأثیر اطلاّعات وسیع او در ریاضیات واقع شد و از او درخواست كرد كه دیپلم متوسطه ای را كه برای ورود به دارالفنون لازم است در یك مدرسه سوئیسی بدست آورد و او را به مدرسه ممتاز شهر كوچك "آآرائو"كه با روش جدیدی اداره می شد معرفی كرد. بعد از یك سال اقامت در مدرسه مذبور دیپلم لازم را بدست آورد و در نتیجه بدون امتحان در دارالفنون زوریخ پذیرفته شد. با اینكه درس های فیزیك دارالفنون آمیخته با هیچ گونه عمق فكری نبود باز هم حضور در آنها آلبرت را تحریك كرد كه كتب جستجوكنندگان بزرگ این را مورد مطالعه قرار دهد. او، آثار استادان كلاسیك فیزیك نظری از قبیل: بولترمان، ماكسول و هوتز را با حرص عجیبی مطالعه كرد. شب و روز اوقات او با مطالعه این كتابها می گذشت و ضمن مطالعه آنها با هنر استادانه ای آشنا شد كه چگونه بنیان ریاضی مستحكمی ساخت. او درست در خاتمه قرن 19 تحصیلات خود را پایان داد و به مسأله مهم تهیه شغل مواجه شد. از آنجا كه نتوانست مقام تدریسی در مدرسه پولی تكنیك بدست آورد تنها راهی باقی ماند و آن این بود كه چنین شغل و مقامی را در مدرسه ی متوسطه ای جستجو كند.


 


 


 

اكنون سال 1910 شروع شده و آلبرت بیست و یك سال داشت و تابعیت سوئیس را بدست آورده بود. او در آن هنگام داوطلب شغل معلّمی خصوصی گردید و پذیرفته شد. انیشتین از كار خود راضی و حتّی خوشبخت بود كه می تواند به پرورش جوانان بپردازد امّا بزودی متوجّه شد كه معلمّان دیگر نیكی را که او می كارد ضایع و فاسد می كنند و این شغل را ترك كرد. بعد از این دوران تاریك، ناگهان نوری درخشید و بعد از مدّتی در دفتر ثبت اختراعات مشغول به كار شد و به شهر"برن" انتقال یافت. كمی بعد از انتقال به شهر برن انیشتین با میلواماریچ همشاگردی قدیم خود در مدرسه ی پولی تكنیك ازدواج كرد و حاصل آن دو پسر پی در پی بود كه اسم پسر بزرگتر را آلبرت گذاشتند. كار انیشتین در دفتر اختراعات خالی از لطف نبود و حتّی بسیار جالب می نمود وظیفه ی وی آن بود كه اختراعاتی را كه به دفتر مذبور می آوردند مورد آزمایش اوّلیه قرار می داد. شاید تمرین در همین كار موجب شده بود كه وی با قدرت خارق العاده و بی مانند بتواند همواره نتایج اصلی و اساسی هر فرض و نظریه جدیدی را با سرعت درك و استخراج كند. چون انیشتین به خصوص به قوانین كلی فیزیك علاقه داشت و به حقیقت در صدد بود كه با كمك محدودی میدان وسیع تجارت را به وجهی منطقی استنتاج كند.

 















 



















 

 

 

 

:: ساعت مخصوص آلبرت اینشتین ::

 

در اواخر سال 1910 كرسی فیزیك نظری در دانشگاه آلمانی پراگ خالی شد. انتصاب استادان این قبیل دانشگاهها طبق پیشنهاد دانشكده بوسیله ی امپراتور اتریش انجام می گرفت كه معمولاً حقّ انتخاب خویش را به وزیر فرهنگ وا می گذاشت. تصمیم قطعی برای انتخاب داوطلب، قبل از همه، بر عهده ی فیزیكدانی به نام"آنتون لامپا" بود و او برای انتخاب استاد دو نفر را مدّ نظر داشت كه یكی از آنها "كوستاویائومان" و دیگری"انیشتین" بود. "یائومان" آن را نپذیرفت و پس از كش و قوسهای فراوان انیشتین این مقام را پذیرفت. وی صاحب دو ویژگی بود كه موجب گردید وی استاد زبردستی گردد. اوّلین ویژگی آنها این بود كه علاقه ی فراوان داشت تا برای عدّه ی بیشتری از همنوعان خود و بخصوص كسانیكه در حول وحوش او می زیسته اند مفید باشد. ویژگی دوّم او ذوق هنریش بود كه انیشتین را وا می داشت كه نه فقط افكار عمومی خود را به نحوی روشن و منطقی مرتّب سازد بلكه روش تنظیم آنها به نحوی باشد كه چه خود او و چه مستعدان از نظر جهان شناسی نیز لذّت می برند.

 

 

 

هدف انیشتین این بود كه فضای مطلق را از فیزیك براندازد تئوری نسبی سال 1905 كه در آن انیشتین فقط به حركت مستقیم الخط متشابه پرداخته بود انیشتین با كمك از "اصل تعادل" پدیده های جدیدی را در مبحث نور پیش بینی كند كه قابل مشاهده بوده اند و می توانست صحت نظریه جدید او را از لحاظ تجربی تأیید كرد.

 

 

 

عزیمت از پراگ:

 

 

 

در مدّتی كه انیشتین در پراگ تدریس می كرد نه فقط نظریه جدید خود را درباره غیر وی بنا نهاد بلكه با شدّت بیشتری نظریه ی خود را درباره ی كوآنتوم نو را كه در شهر برن شروع كرده بود، توسعه داد. با همه ی این تفاصیل انیشتین به دانشگاه پراگ اطّلاع داد كه در خاتمه دوره تابستانی سال 1912 خدمت این دانشگاه را ترك كرد. عزیمت ناگهانی انیشتین از شهر پراگ موجب سر وصدای بسیار در این شهر شد در سر مقاله بزرگترین روزنامه ی آلمانی شهر پراگ نوشته شد:"كه نبوغ و شهرت فوق العاده انیشیتن باعث شد كه همكارانش او را مورد شكنجه و آزار قرار دهند و به ناچار شهر پراگ را ترك كرد." انیشتین عازم شهر زوریج گردید و در پایان سال 1912 با سمت استادی مدرسه ی پولی تكنیك زوریج مشغول به كار شد شهرت انیشتین به تدریج تا آنجا رسیده بود كه بسیاری از مؤسسات و سازمانهای علمی جهان علاقه داشتند كه وی بعنوان عضو وابسته با مؤسسه ایشان در ارتباط باشد. سالها بود كه مقامات رسمی آلمان كوشش می كردند كه شهر برلن نه فقط مركز قدرت سیاسی و اقتصادی باشد بلكه در عین حال كانون فعّالیّت هنری و علمی نیز محسوب گردد بهمین جهت از انیشتین دعوت بعمل آوردند. مدّت كمی بعد از ورود انیشتین به برلن، انیشتین از زوجه ی خویش هیلوا كه از جنبه های مختلف با او عدم توافق داشت جدا گردید و زندگی را با تجرد می گذارند. هنگامیكه به عضویت آكادمی پادشاهی انتخاب شد سی و چهار سال سن داشت و نسبت به همكاران خود كه از او مسن تر بودند بیش از حد جوان می نمود. در این حال همه انیشتین را در وهله ی اوّل مردی مؤدب و دوست داشتنی به نظر می آوردند.

 

 

 

 

 

:: تصویری از پاسپورت آلبرت اینشتین ::

 

فعّالیّت اصلی انیشتین در برلن این بود كه با همكاران خویش و یا دانشجویان رشته ی فیزیك درباره ی كارهای علمی مصاحبه و مذاكره كند و آنها را در تهیه برنامه ی جستجوی علمی راهنمایی كند. هنوز یكسال از اقامت انیشتین در برلن نگذشته بود كه ماه اوت 1914 جنگ جهانی شروع شد. در مدّت جنگ جهانی اوّل، تیترهای روزنامه های برلن همه روزه از وقایع جنگ و شروع فتوحات ارتش آلمان بود. در عین حال انیشتین در منزل خود با دختر عمه ی خویش الزا آشنایی پیدا كرد. الزا زنی مهربان و خونگرم بود و همچنین او از شوهر مرحوم سابق خود دو دختر داشت با اینحال انیشتین با او ازدواج كرد. جنگ بین المللی و شرایط معرفت النفسی كه در نتیجه ی آن بر دنیای علم تحصیل گردید مانع از آن نشد كه انیشتین با حرارت فوق العاده به توسعه و تكمیل نظریه ی ثقل خویش بپردازد. وی با پیمودن راه تفكّری كه در پراگ و زوریخ پیش گرفته بود توانست در سال 1916 نظریه ای برای ثقل بپردازد. و جاذبه ی عمومی بنا نهد كه موردی مستقل از نظریه های گذشته و از نظر منطقی دارای وحدت كامل بود.

 

 

 

 

 

اهّمیّت نظریه جدید به زودی مورد تأیید و توجّه دانشمندانی واقع گردید كه دارای قدرت خلاق علمی بودند تأیید تجربی نظریه انیشتین توجّه عموم مردم را به شدّت جلب كرده بود از این پس دیگر انیشتین مردی نبود كه فقط مورد توجّه دانشمندان باشد و بس. به زودی وی نیز همچون زمامداران مشهور ممالك، بازیگران بزرگ سینما و تئاتر شهرت عام بدست آورد.









 

 


آخرین سالهای زندگی انیشتین:

 

 

 

این دوران تجسّس در نیمه انزوای شهر پرنیستون به تدریج با اضطراب آمیخته می شد. هنوز ده سال دیگر از زندگی انیشتین باقی مانده بود لیكن این دوره ی ده ساله درست مصادف با هنگامی بود كه عهد بمب اتمی شروع می گردید و بشریّت تمرین و آموزش خویش را در این زمینه آغاز می كرد. بنابر این مسأله واقعی كه برای او مطرح شد موضوع چگونگی پیدایش بمب اتمی نبود با وجود اینكه منظور ما در این جا دادن چشم اندازی مختصر از روابط انیشتین با حوادث بزرگ سیاسی آخرین سالهای زندگی او می باشد باز هم اگر از دو موضوع اساسی یاد نكنیم همین چشم انداز هم ناقص خواهد بود یكی از آنها نامه ی مشهوری است كه وی می بایست برای همكاری خود در شوروی بفرستد و دوّم شرح وقایعی است كه در اوضاع و احوال فیزیكدانان آمریكایی، خاصه دانشمندان اتمی، در داخل مملكت خودشان تغییر بسیار ایجاد كرد.



 

 

 

:: آلبرت اینشتین در حال اعلام مخالفت خود در برابر استفاده از بمب اتم ::

 

اكنون می توانیم بصورت شایسته تری همه ی آنچه را كه گهگاه موجب تیره شدن پایان زندگی وی می شد مشاهده كنیم و سرانجام روز هجدهم آوریل 1955 بزرگترین دانشمند و متفكر قرن بیستم، پیغمبر صلح و حامی و مدافع محنت دیدگان جهان، مردی كه احتمالأ همراه با ناپلئون و بتهوون مشهورتر از همه ی مردان جهان بوده است، در شهر پرنیستون واقع در ممالك متحده آمریكای شمالی از زندگی و تفكر و مبارزه دست كشید و از دار دنیا رفت و در گذشت.




 

 

 

 



در پایان به اظهار نظرهای برخی از مشاهیر درباره ی انیشتین بعد از وفات وی می پردازیم:





 

 

پیشرفتی كه انیشتین نصیب معرفت ما درباره ی طبیعت كرد از قدرت مهمّ جهان امروزی خارج است. فقط نسلهای آینده خواهند توانست مفهوم واقعی آن را درك كنند. "دكتر هارولددوز رئیس دانشگاه پرنیستون در آمریكا"

 

 

 

وی دانشمند بزرگ این عصر و به واقع یكی از جویندگان عدالت و راستی بود كه هرگز با ناراستی و ظلم مصالحه نكرد." "جواهر لعل نهر نخست وزیر هند"

 

 

 

مسافرتهای انیشتین:

 

 

 

تبلیغات مخالف و حملاتی كه علیه انیشتین می شد موجب گردید كه در تمام ممالك جهان و در همه ی طبقات اجتماعی توجّه عموم مردم به سوی تئوریهای او جلب شود. مفاهیمی كه برای توده های مردم هیچگونه اهّمیّتی نداشته است و عامه ی ایشان تقریبأ چیزی از آن درك نمی كردند موضوع مباحث سیاسی گردید. انیشتین در این زمان سفرهای خود را آغاز كرد ابتدا به هلند، بعد به كشورهای چك و اسلواكی، اسپانیا، فرانسه، روسیه، اتریش، انگلیس، آمریكا و بسیاری كشورهای دیگر. امّا نكته قابل توجّه این است كه وقتی انیشتین و همسر او به بندرگاه نیویورك وارد شدند با استقبال شدید و تظاهرات پر شوری مواجه شدند كه به احتمال قوی نظیر آن هرگز هنگام ورود یكی از دانشمندان رخ نداده بود.

 

 

 

 

 

:: جشن تولد 70 سالگی آلبرت اینشتین ::

 

انیشتین به آسیا و به كشورهای چین، ژاپن و فلسطین سفر كرده است و این خاتمه ی سفرهای او بود. در سال 1924 بعد از مسافرتهای متعدد به اكناف جهان انیشتین بار دیگر در برلن مستقر گردید. حملات همچنان بر او ادامه داشت و نظریات او را بعنوان بیان افكار قوم یهود و به سوی فاشیسم می دانستند به این دلیل انیشتین به شهر پرنیستون در آمریكا می رود. بعد از چندی همسرش الزا در سال 1936 از دنیا می رود و خواهر انیشتین كه در فلورانس بود به شهر پرنیستون نزد برادرش آمد. در همین دوران انیشتین تابیعت كشور آمریكا را می پذیرد. انیشتین در سال 1945 طبق قانون بازنشستگی مقام استادی مؤسسه مطالعات عالی پرنیستون را ترك كرد ولی این تغییر سمت رسمی، تغییری در روش زندگی و كار او به وجود نیاورد وی كماكان در پنیستون بسر می برد و در مؤسسه ی مزبور تجسّسات خود را ادامه داد.

 



کاربرد روش مونت کارلو در مهندسی هسته ای
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 19:21 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

کاربرد روش مونت کارلو در مهندسی هسته ای

روش مونت-کارلو یک الگوریتم محاسباتی است که از نمونه‌گیری تصادفی برای محاسبه نتایج استفاده می‌کند. روش‌های مونت-کارلو معمولاً برای شبیه‌سازی سیستم‌های فیزیکی، ریاضیاتی و اقتصادی استفاده می‌شوند.

به‌دیگر سخن روش مونت کارلو یک طبقه از الگوریتم‌های محاسبه گر می‌باشند که برای محاسبه نتایج خود بر نمونه گیری‌های تکرار شوند تصادفی اتکاء می‌کنند. روش‌های مونته کارلو اغلب زمان انجام شبیه سازی یک سامانه ریاضیاتی یا فیزیکی می‌شوند استفاده می‌شوند. به دلیل اتکای آنها بر محاسبات تکراری و اعداد تصادفی یا تصادفی کاذب، روشها ی مونته کارو اغلب به گونه‌ای نتظیم می‌شوند که توسط رایانه اجرا شوند. گرایش به استفده از روش‌های مونته کارلو زمانی بیشتر می‌شود که محاسبه پاسخ دقیق با کمک الگوریتم‌های قطعی ناممکن یا ناموجه باشد. روش‌های شبیه سازی مونته کارلو مخصوصا در مطالعه سیستمهایی که در آن تعداد زیادی متغییر با درجه آزادی‌های دو به دو مرتبط وجود دارد مفید است، از جمله این سیستمها می‌توان به سیالات، جامداتی که به شدت کوپل شده‌اند، مواد بی نظم و ساختارهای سلولی (مدل سلولی پاتز – Potts- را ببیند) اشاره نمود. از آن گذشته، روشهای مونته کارلو برای شبیه سازی پدیده‌هایی که عدم قطعیت زیادی در ورودی‌های آنها وجود دارد نیز مفید هستند، مثلا محاسبه ریسک در تجارت. همچنین این روش‌ها به طور گسترده‌ای در ریاضیات مورد استفاده قرار می‌گیرند: یک نمونه استفاده سنتی کاربرد این روشها در برآورد انتگرال‌های معین است، به خصوص انتگرال‌های چند بعدی با محدوده‌های مرزی پیچیده.واژه مونته کارلو در دهه ۱۹۴۰ (دهه ۱۳۱۰ شمسی) به وسیله فیزیکدانانی که روی پروژه ساخت یک سلاح اتمی در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس آمریکا کار می‌کردند رایج شده‌است.



توضیح عکس:
روش مونته کارلو را می‌توان به بازی نبرد کشتی‌ها تشبیه کرد. ابتدا یکی از بازیکنان شلیک‌های تصادفی را انجام می‌دهد. سپس بازیکن از الگوریتم استفاده می‌کند(مثلا یک کشتی جنگی به فاصله چهار خانه در جهت عمودی یا افقی قرار گرفته‌است). در نهایت بر اساس خروجی نمونه‌های تصادفی و الگوریتم، بازیگر می‌تواند محلهای احتمالی کشتی‌های جنگی بازیکن مقابل را حدس بزند




نگاه کلی

تنها یک روش مونته کارلو وجود ندارد، بلکه این واژه به گستره وسیعی از روشهایی که بسیار به کار گرفته می‌شوند اطلاق می‌گردد. به هر حال، این رویکردها یک الگوی مشخصی را پیروی می‌کنند:

1. محدوده‌ای از ورودی‌های ممکن را تعریف می‌کنند.
2. از آن محدوده ورودی‌های تصادفی را تولید می‌کنند.
3. با استفاده از ورودی‌های بدست آمده یک سری محاسبات مشخص را انجام می‌دهند.
4. نتایج هر یک از اجراهای محاسباتی را در پاسخ نهایی ادغام می‌کنند. برای مثال می‌توان مقدار عددπ را با استفاده از روش مونته کارلو محاسبه نمود.
5. یک مربع روی صفحه ترسیم کنید، سپس یک دایره را درون آن محاط کنید. در ادامه چندین شکل با اندازه یکسان را روی آن به طور یکنواختپخش کنید(برای مثال, دانه‌های شن یا برنج) در سرتاسر مربع.
6. سپس تعداد اشیاء درون دایره را بشمارید، در چهار ضرب کنید و عدد به دست آمده را بر تعداد کل اشیاء درون مربع تقسیم نمایید.
7. نسبت اشیاء درون دایره در مقابل اشیاء درون مربع تقریبا برابر خواهد بود با π/4 , که همان نسبت سطح دایره‌است به سطح مربع. بنابراین شما تخمینی از عدد π را به دست آورده‌اید.. توجه داشته باشید که چگونه تخمین عدد π پیروی می‌کند از یک الگوی مشخص شده در روش مونته کارلو. ابتدا ما یک محدوده از متغییرها را تعریف کردیم، که یک مربع بود که دایره ما را محاط کرده بود. سپس ورودی‌ها را به طور تصادفی تولید کردیم (پخش دانه‌ها به طور یکنواخت درون مربع), سپس محاسبات را برای هر ورودی انجام دادیم (بررسی کردیم که آیا دانه درون دایره هست یا نه). در آخر، تمام جوابها را در جواب نهایی ادغام نمودیم. همچنین به این نکته توجه داشته باشید که دو ویژگی مشترک دیگر روش‌های مونته کارلو ایت است: اتکای محاسبات بر اعداد تصادفی خوب، و همگرایی تدریجی به سمت تخمین‌های بهتر در زمانی که داده‌های بیشتری شبیه سازی می‌شوند

 

مونت کارلو نام منطقه یی بسیار مشهور در کشور خودمختار موناکو واقع در اروپای غربی است. جمعیت ساکن در مونت کارلو حدود سه هزار نفر است. منطقه مونت کارلو ثروتمندترین منطقه از کشور خودمختار موناکو است. ریشه نام مونت کارلو از زبان ایتالیایی است و به اصلیت اسم شاهزاده کارلو سوم از موناکو برمی گردد که زیر نفوذ و حمایت دربار ایتالیا قرار داشت. تا قبل از سال ۱۸۶۱ که موناکو به شکلی خودمختار درآمد، زبان رسمی آن ایتالیایی بود، اما از حدود صد سال پیش زبان رسمی مردم این منطقه به فرانسوی تغییر داده شد.
نام مونت کارلو توسط تحقیقات فیزیکدانانی چون استنلی اولام، انریکو فرمی و جان فون نیومن شهرت فراوان یافت. این اسم گرفته شده از یک کازینو در موناکو است که عموی اولام برای قمار در آن پول قرض می کرده است. تصادفی بودن و تکرار طبیعی فرآیندها، مشابه فعالیت های انجام شده در کازینو است. در واقع روش مونت کارلو یک الگوریتم محاسباتی است که از نمونه گیری تصادفی برای محاسبه نتایج استفاده می کند. روش های مونت کارلو معمولاً برای شبیه سازی سیستم های فیزیکی و ریاضیاتی استفاده می شوند. روش های تصادفی برای محاسبه و آزمایش(که عموماً به عنوان شبیه سازی تصادفی شناخته می شوند) را بدون تردید می توان تا اولین پیشگامان نظریه احتمال دنبال کرد. تفاوت اساسی که معمولاً درباره روش شبیه سازی مونت کارلو بیان می شود این است که به طور اصولی نوع روش شبیه سازی را وارون می کند و نظر مسائل را با یافتن مدل مشابه احتمالی به خود جذب می کند. روش های پیشین برای شبیه سازی و مدل سازی آماری عموماً عکس این کار را انجام می دادند یعنی استفاده از شبیه سازی برای امتحان کردن مسائل مشخص و قطعی. به هر حال همان طوری که می دانید مثال های دیدگاه «وارون» به صورت تاریخی نیز وجود دارند.
آنها تا قبل از آمدن روش مونت کارلو به عنوان یک روش عمومی در نظر گرفته نمی شدند. شاید معروف ترین استفاده اخیر از این روش توسط انریکو فرمی در سال ۱۹۳۰ باشد، هنگامی که او از یک روش تصادفی برای دستیابی به خواص نوترن تازه کشف شده استفاده کرد. همچنین روش های مونت کارلو شبیه سازی مورد نیاز در پروژه منهتن را داشتند. اگرچه در آن زمان در استفاده از ابزارهای محاسباتی در محدودیت جدی قرار داشتند. بنابراین مونت کارلو در زمانی مورد مطالعه و بررسی توسط دانشمندان قرار گرفت که کامپیوترهای الکترونیکی برای اولین بار پا به عرصه گذاشتند(از سال ۱۹۴۵ تا امروز)، در سال ۱۹۵۰ در لس آلاموس برای تحقیقات جدیدی که درباره بمب هیدروژنی آغاز شده بود، مورد استفاده قرار گرفت و در رشته های فیزیک، شیمی فیزیک و تحقیق در عملیات مشهور شد. شرکت رند و نیروی هوایی ایالات متحده امریکا دو سازمان مرتبط برای جمع آوری و ارسال اطلاعات درباره روش های مونت کارلو در طول این زمان بوده است و کاربردهای گسترده این روش را یافته اند. استفاده از روش مونت کارلو نیاز به استفاده مقادیر زیادی اعداد تصادفی دارد و این استفاده باعث کنار رفتن و عدم گسترش زاینده های اعداد شبه تصادفی بود. به دلیل اتکای این روش به تکرار محاسبات، اعداد تصادفی و اعداد شبه تصادفی برای محاسبه توسط کامپیوتر مناسب است. روش های مونت کارلو معمولاً زمانی استفاده می شوند که امکان محاسبه نتیجه دقیق با یک الگوریتم قطعی نباشد. اصطلاح مونت کارلو در سال ۱۹۴۰ توسط فعالیت های فیزیکدانان روی پروژه بمب اتمی در آزمایشگاه بین المللی لس آلاموس مطرح شد.

● زمینه های کاربرد مونت کارلو
شبیه سازی مونت کارلو به طور ویژه در مطالعه سیستم ها با درجه آزادی زوج، متعدد مورد استفاده قرار می گیرد؛ مانند مایعات، مواد متخلخل و... همچنین این روش به صورت وسیعی در مدل سازی پدیده ها با مقادیر قابل توجهی عدم اطمینان در ورودی ها مورد استفاده قرار می گیرد. به عنوان مثال محاسبه ریسک در تجارت.
روش های مونت کارلو همچنین برای محاسبه ارزش سرمایه شرکت ها و ارزیابی سرمایه پروژه ها نیز استفاده می شود. این روش در فیزیک محاسباتی، شیمی فیزیک و زمینه های مرتبط با این دو کاربرد فراوان دارند.
مونت کارلو تاثیر بسزای خود را در حل معادله دیفرانسیل های زوج انتگرالی در زمینه تشعشع و انتقال انرژی ثابت کرده است. روش های مونت کارلو در ریاضیات محاسباتی مورد استفاده قرار می گیرد که فقط یک خوش شانس می تواند نتیجه صحیح بگیرد. یک مثال کلاسیک الگوریتم رابین است که برای آزمایش اول بودن اعداد مورد استفاده قرار می گیرد. همچنین الگوریتم لاس وگاس نیز به همین موضوع می پردازد، ولی ایده آن متفاوت است. از رایج ترین کاربردهای روش مونت کارلو در ریاضیات، انتگرال گیری مونت کارلو است. این روش برای به دست آوردن جواب عددی سوالاتی که برای حل آن باید از تجزیه استفاده کنیم بسیار مفید است. البته روش مونت کارلو در گرافیک، اقتصاد، بیولوژیک، مهندسی اطمینان، کامپیوتر و مهندسی هسته یی هم کاربرد زیادی دارد.
● استفاده از روش مونت کارلو در کد محاسبات نوترونیک هسته یی
در این کد هسته یی روش های کاهش واریانس (که برای کاهش زمان محاسبه و همچنین کاهش خطا است) مورد بحث قرار می گیرد. یکی از مشکلات روش های مونت کارلو وقت گیری و خطای آماری نتایج آن است. روش های کاهش واریانس در کد MCNP (محاسبات نوترونیک هسته یی) وجود دارند که هر کدام با روش متفاوت و بسته به نوع مساله می توانند زمان محاسبه و خطا را در حد قابل قبول پایین آورند. این روش ها شامل رولت روسی، Forced collision weight window، DXTRAN و... است. تعریف هندسه های پیچیده و تکراری و روش به کارگیری تالی ها و چشمه ها در هندسه های مکرر و تئوری اختلال و کاربرد آن از دیگر موارد مورد بحث این کد مهم هسته یی است. این کد محاسباتی در محاسبات نوترونیک قلب رآکتور، میزان سوختن سوخت و همچنین حفاظت سازی کاربرد بسیاری دارد.



کاربرد انرژی هسته ای
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 19:19 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

کاربرد انرژی هسته ای

انرژی هسته ای کاربرداری زیاد در پزشکی در علوم و صنعت و کشاورزی و... دارد. لازم به ذکر است انرژی هسته ای به تمامی انرژی های دیگر قابل تبدیل است ولی هیچ انرژی به انرژی هسته ای تبدیل نمی شود .موارد زیادی از کاربردهای انرژی هسته ای در زیر آورده می شود

 

نیروگاه هسته ای:

نیروگاه هسته ای (Nuclear Power Station) یک نیروگاه الکتریکی که از انرژی تولیدی شکست هسته اتم اورانیوم یا پلوتونیم استفاده می کند. اولین جایگاه از این نوع در 27 ژوئن سال 1958 در شوروی سابق ساخته شد. که قدرت آن 5000 کیلو وات است. چون شکست سوخت هسته ای اساساً گرما تولید می کند از گرمای تولید شده رآکتور های هسته ای برای تولید بخار استفاده می شود از بخار تولید شده برای به حرکت در آوردن توربین ها و ژنراتور ها که نهایتاً برای تولید برق استفاده می شود .

 

 

بمب های هسته ای:

این نوع بمب ها تا حالا قویترین بمبهای و مخربترین های جهان محسوب می شود. دارندگان این نوع بمبهاجزو قدرت های هسته ای جهان محسوب می شود .

 

 

پیل برق هسته ای Nuelear Electric battery:

پیل هسته ای یا اتمی دستگاه تبدیل کننده انرژی اتمی به جریان برق مستقیم است ساده ترین پیل ها شامل دو صفحه است. یک پخش کننده بتای خالص مثل استرنیوم 90 و یک هادی مثل سیلسیوم.

جریان الکترون های سریعی که بوسیله استرنیوم منتشر می شود ازمیان نیم هادی عبور کرده و در حین عبور تعداد زیادی الکترون ها اضافی را از نیم هادی جدامی کند که در هر حال صدها هزار مرتبه زیادتر از جریان الکتریکی حاصل از ایزوتوپ رادیواکتیو استرنیوم 90 می باشد .

 

 

کاربردهای پزشکی:

در پزشکی تشعشعات هسته ای کاربردهای زیادی دارند که اهم آنها عبارتند از:

•رادیو گرافی

•گامااسکن

•استرلیزه کردن هسته ای و میکروب زدایی وسایل پزشکی با پرتو های هسته ای

•رادیو بیولوژی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

کاربرد انرژی هسته ای در بخش دامپزشکی و دامپروری : 

تکنیکهای هسته ای در حوزه دامپزشکی موارد مصرفی چون تشخیص و درمان بیماریهای دامی ، تولید مثل دام ، اصلاح نژاد و دام ، تغذیه ، بهداشت و ایمن سازی محصولات دامی و خوراک دام دارد.

کاربرد انرژی هسته ای در دسترسی به منابع آب :

تکنیکهای هسته ای برای شناسایی حوزه های آب زیر زمینی هدایت آبهای سطحی و زیر زمینی ، کشف و کنترل نشت و ایمنی سدها مورد استفاده قرار میگیرد. در شیرین کردن آبهای شور نیز انرژی هستهای کاربرد دارد.

 

کاربردهای کشاورزی:

تشعشعات هسته ای کاربرد های زیادی در کشاورزی دارد که مهم ترین آنها عبارتست از:

•موتاسیون هسته ای ژن ها در کشاورزی

•کنترل حشرات با تشعشعات هسته ای

•جلوگیری از جوانه زدن سیب زمینی با اشعه گاما

•انبار کردن میوه ها

•دیرینه شناسی )باستان شناسی) و صخره شناسی )زمین شناسی) که عمر یابی صخره ها با C14 در باستان شناسی خیلی مشهور است.

 

 

کاربردهای صنعتی:

در صنعت کاربردها ی زیادی دارد از جمله مهمترین آنها عبارتند از:

•نشت یابی با اشعه

•دبی سنجی پرتویی(سنجش شدت تشعشعات ، نور و فیزیک امواج)

•سنجش پرتویی میزان سائیدگی قطعات در حین کار

•سنجش پرتویی میزان خوردگی قطعات

•چگالی سنج موادمعدنی با اشعه

•کشف عناصر نایاب در معادن

 

آنچه باید بدانیم:

 

 

 

تکنیکهای هسته ای بر کشف مینهای ضد نفر نیز کاربرد دارد. بنابرین ، دانش هسته ای با این قدرت و وسعتی که دارد، هر روز بر دامنه استفاده از فناوری هسته ای و بویژه انرژی هسته ای افزوده می شود. کاربرد انرژی در بخشهای مختلف به گونهای است که اگر کشوری فناوری هسته ای را نهادینه نماید، در بسیاری از حوزه‌های علمی و صنعتی ، ارتقای پیدا می کند و مسیر توسعه را با سرعت طی می نماید.

 

انرژی هسته ای در پزشکی هسته ای و امور بهداشتی:

در کشورهای پیشرفته صنعتی ، از انرژی هسته ای به صورت گسترده در پزشکی استفاده می گردد. با توجه به شیوع برخی از بیماریها از جمله سرطان ، ضرورت تقویت طب هسته ای در کشورهای در حال توسعه ، هر روز بیشتر می شود. موارد زیر از مصادیق تکنیکهای هسته ای در علم پزشکی است:

تهیه و تولید کیتهای رادیو دارویی جهت مراکز پزشکی هسته ای

تهیه و تولید رادیو دارویی جهت تشخیص بیماری تیرویید و درمان آنها

تهیه و تولید کیتهای هورمونی

تشخیص و درمان سرطان پروستات

تشخیص سرطان کولون ، روده کوچک و برخی سرطانهای سینه

تشخیص تومورهای سرطانی و بررسی تومورهای مغزی ، سینه و ناراحتی وریدی

تصویر برداری بیماریهای قلبی ، تشخیص عفونتها و التهاب مفصلی ، آمبولی و لختههای وریدی

موارد دیگری چون تشخیص کم خونی ، کنترل رادیو داروهای خوراکی و تزریقی و ...

 

کاربرد انرژی هسته ای در تولید برق :

یکی از مهم ترین موارد استفاده صلح آمیز از انرژی هسته ای ، تولید برق از طریق نیروگاههای اتمی است. با توم به پایان پذیر بودن منابع فسیلی و روند رو به رشد توسعه اجتماعی و اقتصادی ، استفاده از انرژی هسته ای برای تولید برق را امری ضروری و لازم می دانند و ساخت چند نیروگاه اتمی را دنبال مینماید.

ایران هر ساله حدودا به هفت هزار مگاوات برق در سال نیاز دارد. نیروگاه اتمی بوشهر 1000 مگاوات برق را در صورت راه اندازی تامین می نماید. و احداث نیروگاههای دیگر برای رفع این نیازی ضروری است. برای تولید میزان برق حدود 190 میلیون بشکه نفت خام مصرف می شود. که در صورت تامین از طریق انرژی هسته ای سالیانه 5 میلیارد دلار صرفه جویی خواهد شد.  

برتری انرژی هسته ای بر سایر انرژیها:

علاوه بر صرفه اقتصادی دلایل زیر استفاده از انرژی هسته ای را ضروری مینماید. منابع فسیلی محدود بوده و متعلق به نسلهای آتی میباشد. استفاده از نفت خام در صنایع تبدیل پتروشیمی ارزش بیشتری دارد. تولید برق از طریق نیروگاه اتمی ، آلودگی نیروگاههای کنونی را ندارد. تولید هفت هزار مگاوات با مصرف 190 میلیون شبکه نفت خام ، هزارتن دیاکسید کربن ، 150 تن ذرات معلق در هوا ، 130 تن گوگرد و 50 تن اکسید نیتروژن را در محیط زیست پراکنده می کند، در حالی که نیروگاه اتمی چنین آلودگی را ندارد.

 

 

 



سوخت هسته ای
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 19:15 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

سوخت هسته ای

 

 

 

 

نحوه آزاد شدن انرژی هسته‌ای

 

 

می‌دانیم که هسته از پروتون (با بار مثبت) و نوترون (بدون بار الکتریکی) تشکیل شده است. بنابراین بارالکتریکی آن مثبت است. اگر بتوانیم هسته را به طریقی به دو تکه تقسیم کنیم، تکه‌ها در اثر نیروی دافعه الکتریکی خیلی سریع از هم فاصله گرفته و انرژی هسته ای فوق العاده‌ای پیدا می‌کنند. در کنار این تکه‌ها ذرات دیگری مثل نوترون و اشعه گاما و بتا نیز تولید می‌شود. انرژی جنبشی تکه‌ها و انرژی ذرات و پرتوهای بوجود آمده ، در اثر برهمکنش ذرات با مواد اطراف ، سرانجام به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود. مثلا در واکنش هسته‌ای که در طی آن 235U به دو تکه تبدیل می‌شود، انرژی کلی معادل با 200MeV را آزاد می‌کند. این مقدار انرژی می‌تواند حدود 20 میلیارد کیلوگالری گرما را در ازای هر کیلوگرم سوخت تولید کند. این مقدار گرما 2800000 بار برگتر از حدود 7000 کیلوگالری گرمایی است که از سوختن هر کیلوگرم زغال سنگ حاصل می‌شود.

 

 

 

کاربرد حرارتی انرژی هسته‌ای 

 

گرمای حاصل از واکنش هسته‌ای در محیط راکتور هسته‌ای تولید و پرداخته می‌شود. بعبارتی در طی مراحلی در راکتور این گرما پس از مهارشدن انرژی آزاد شده واکنش هسته‌ای تولید و پس از خنک سازی کافی با آهنگ مناسبی به خارج منتقل می‌شود. گرمای حاصله آبی را که در مرحله خنک سازی بعنوان خنک کننده بکار می‌رود را به بخار آب تبدیل می‌کند. بخار آب تولید شده ، همانند آنچه در تولید برق از زعال سنگ ، نفت یا گاز متداول است، بسوی توربین فرستاده می‌شود تا با راه اندازی مولد ، توان الکتریکی مورد نیاز را تولید کند. در واقع ، راکتور همراه با مولد بخار ، جانشین دیگ بخار در نیروگاه‌های معمولی شده است.

 

سوخت راکتورهای هسته‌ای

 

ماده‌ای که به عنوان سوخت در راکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد باید شکاف پذیر باشد یا به طریقی شکاف پذیر شود.235U شکاف پذیر است ولی اکثر هسته‌های اورانیوم در سوخت از انواع 238U است. این اورانیوم بر اثر واکنشهایی که به ترتیب با تولید پرتوهای گاما و بتا به 239Pu تبدیل می‌شود. پلوتونیوم هم مثل 235U شکافت پذیر است. به علت پلوتونیوم اضافی که در سطح جهان وجود دارد نخستین مخلوطهای مورد استفاده آنهایی هستند که مصرف در آنها منحصر به پلوتونیوم است.

میزان اورانیومی که از صخره‌ها شسته می‌شود و از طریق رودخانه‌ها به دریا حمل می‌شود، به اندازه‌ای است که می‌تواند 25 برابر کل مصرف برق کنونی جهان را تأمین کند. با استفاده از این نوع موضوع ، راکتورهای زاینده‌ای که بر اساس استخراج اورانیوم از آب دریاها راه اندازی شوند قادر خواهند بود تمام انرژی مورد نیاز بشر را برای همیشه تأمین کنند، بی آنکه قیمت برق به علت هزینه سوخت خام آن حتی به اندازه یک درصد هم افزایش یابد.

 

مزیتهای انرژی هسته‌ای بر سایر انرژیها

 

بر خلاف آنچه که رسانه‌های گروهی در مورد خطرات مربوط به حوادث راکتورها و دفن پسماندهای پرتوزا مطرح می‌کند از نظر آماری مرگ ناشی ازخطرات تکنولوژی هسته‌ای از 1 درصد مرگهای ناشی از سوختن زغال سنگ جهت تولید برق کمتر است. در سرتاسر جهان تعداد نیروگاههای هسته‌ای فعال بیش از 419 می‌باشد که قادر به تولید بیش از 322 هزار مگاوات توان الکتریکی هستند. بالای 70 درصد این نیروگاه‌ها در کشور فرانسه و بالای 20 درصد آنها در کشور آمریکا قرار دارد.

 

همجوشی  خورشید و ستارگان

 

سالهاست که دانشمندان واکنشی را که در خورشید و ستارگان رخ داده و در آن انرژی تولید می کند کشف کرده اند. این واکنش عبارت است از ترکیب (برخورد) هسته های چهار اتم هیدروژن معمولی و تولید یک هسته اتم هلیوم.اما مشکلی سر راه این نظریه است.

 

بالا ترین دمایی که در خورشید وجود دارد مربوط به مرکز آن است که برابر 15ضرب در 10 به توان 6 می باشد.در حالی که در ستارگان بزرگتر این دما به 20 ضرب در ده به توان 6 می رسد. به همین خاطر تصور بر این است که آن واکنش معروف ترکیب چهار اتم هیدروژن معمولی و تولید یک اتم هلیم در سایر ستارگان بزرگ نیست که باعث تولید انرژی می شود. بلکه احتمالا چرخه کربن در آنها به کمک آمده و کوره آنها را روشن نگه می دارد.منظور از چرخه کربن آن چرخه ای نیست که روی زمین اتفاق می افتد. بلکه به این صورت است که ابتدا یک اتم هیدروژن معمولی با یک اتم کربن C12 ترکیب می شود (همجوشی) و یک اتم N13 به علاوه یک واحد گاما را آزاد می کند. بعد این اتم با یک واپاشی به یک اتمC13به علاوه یک پوزیترون و یک نوترینو تبدیل می شود.بعد اینC13دوباره با یک اتم هیدروژن ترکیب می شود وN14و یک واحد گاما حاصل می شود.دوباره در اثر ترکیب این نیتروژن با یک هیدروژن معمولی اتمO15و یک واحد گاما تولید می شود.O15واپاشی کرده و N15به علاوه یک پوزیترون ویک نوترینو را بوجود میاورد.و دست آخر با ترکیب N15با یک هیدروژن معمولیC12به علاوه یک اتم هلیوم بدست می آید.

 

 

 

محصور سازی

 

 

مشکلی اساسی سر راه همجوشی هسته‌ای است ; می دانیدهسته ازذرات ریزی تشکیل شده است که پروتون ونوترون جزءلاینفک آن هستند.نوترون بدون بار وپروتون با بار مثبت که سایربارهای مثبت رابه شدت از خود میراند.مشکل مشخص شد؟ بله…اگرپروتونها (هسته های هیدروژن) یکدیگررادفع میکنند چگونه میتوان آنهارا در همجوشی شرکت داد؟

 

همانطورکه حدس زدید راه حل اساسی آن است که به این پروتونها آنقدر انرژی بدهیم که انرژی جنبشی آنها بیشتر از نیروی رانش کولنی آنها شود و پروتونها بتوانند به اندازه کافی به هم نزدیک شوند. حال چگونه این انرژی جنبشی را تولید کنیم؟ گرما راه حل خوبیست. در اثر افزایش دما جنب و جوش وبه عبارت دیگرانرژی جنبشی ذرات بیشتر و بیشتر میشود به طوری که تعداد برخوردها و شدت آنها بیشتر و بیشتر میشود.به نظر شما آیا دیگر مشکلی وجود ندارد؟ خیر,مسئله اساسیتری سر راه است.

 

یک سماور پر از آب را تصور کنید.وقتی سماور را روشن می کنید با این کار به آب درون سماور گرما میدهید(انرژی منتقل می کنید).در اثر این انتقال انرژی دمای آب رفته رفته بالاتر می رود و به عبارتی جنب و جوش مولکولهای آب زیاد می شود.در این حالت بین مولکولهای آب برخوردهایی پدید می آید.هر مولکول که از شعله(یا المنت یا هر چیز دیگری)مقداری انرژی دریافت کرده است آنقدر جنب و جوش می کند تا بالاخره (به علت محدود بودن محیط سماور و آب)انرژی خود رابه دیگری بدهد.مولکول بعدی نیز به نوبه خود همین عمل را انجام میدهد.بدین ترتیب رفته رفته انرژی منبع گرما در تمام آب پخش می شود و دمای آب بالا میرود.خوب یک سوال:آیا وقتی بدنه سماور را لمس می کنیم هیچ گرمایی حس نمی کنیم؟…بله حس میکنیم.دلیلش هم که روشن است.برخورد مولکولهای پر انرژی آب با بدنه سماور و انتقال انرژی خود به آن.هدف ما از روشن کردن سماور گرم کردن آب بود نه سماور.امیدوارم تا اینجا پاسخ اولین مشکل اساسی بر سر راه همجوشی را دریافت کرده باشید.بله اگر اگر با صرف هزینه و زحمت بالا سوخت را به دمایی معادل میلیونها درجه کلوین برسانیم آیا این اتمها آنقدر صبر خواهند کرد تا با دیگر اتمها وارد واکنش شوند یا در اولین فرصت انرژی بالای خود را به دیواره داده وآن را نا بود میکند؟(...شما بودید چه می کردید؟؟؟...).بنابر این نیاز به ((محصور سازی)) داریم; یعنی باید به طریقی اجازه ندهیم که این گرما به دیواره منتقل شود.

 

رسیدن به دمای بالا

 

شروع واکنش همجوشی به دمای بسیار بالایی نیازمند است.درست است که دمای پانزده میلیون درجه دمای بسیار بالایست و تصور بوجود آوردنش روی زمین مشکل و کمی هم وحشتناک می باشد ولی معمولا در زندگی روزمره دور و برمان دماهای خیلی بالایی وجود دارند و ما از آنها غافلیم.مثلا وقتی در اثر اتصالی سیمهای برق داخل جعبه تقسیم میسوزد وشما صدای جرقه آنرا میشنوید و پس از بررسی متوجه می شوید که کاملا ذوب شده فقط به خاطر دمای وحشتناکی بوده که آن تو به وجود آمده.شاید باور نکنید ولی این دما به حدود سی-چهل هزار درجه کلوین میرسد.البته این دما برای همجوشی حکم طفل نی سواری را دارد.یا اینکه می توانیم با استفاده از ولتاژهای بسیار بالا قوسهای الکتریکی را از درون لوله های مویین عبور بدهیم.به این ترتیب دمای هوای داخل لوله که اکنون به پلاسما تبدیل شده به نزدیک چند میلیون درجه می رسد.(که باز هم برای همجوشی کم است).یکی از بهترین راهها استفاده از لیزر است.می دانید که لیزرهایی با توانهای بسیار بالا ساخته شده اند.مثلا نوعی از لیزر به نام لیزر نوا(NOVA)می تواند در مدت کوتاهی انرژی ای معادل ده به توان پنج ژول تولید کند.اما بازهم در کنار هر مزیت معایبی هست.مثلا این لیزر تبعا انرژی زیادی مصرف میکند که حتی با صرف نظر از آن مشکل دیگری هست که میگوید اگر انرژی تولیدی لیزر در آن مدت کوتاه باید تحویل داده بشود پس برای برقرار ماندن معیار لاوسن (حالا که مدت زمان محصور سازی پایین آمده)باید چگالی بالا تر برود.که در این مورد از تراکم و چگالی جامد هم بالا تر میرود.

 

انواع واکنشها

 

برای بهینه سازی کار رآکتورهای همجوشی و افزایش توان خروجی آنها راههای متعددی وجود دارد.یکی از این راهها انتخاب نوع واکنشیست که قرار است در رآکتور انجام بشود.

 

ظبق تصویر زیر نوعی از واکنش همجوشی بصورتیست که در آن دو هسته سبک با یکدیگر واکنش داده و یک هسته سنگین تر را بوجود میاورند.یعنی حاصل ترکیب دو هسته دوتریم و تولید یک هسته ترتیم به علاوه یک هسته هیدروژن معمولیست. این واکنش انرژی ده می باشد.چون تفاوت انرژی بستگی هسته سنگین تر وهسته های سبکتر مقداری منفیست.

 

در این واکنش مقدار انرژی ای تولیدی برابر4MeVمی باشد.

 

قبلا گفته شد که باید برای انجام همجوشی هسته ها به اندازه کافی به هم نزدیک بشوند.این مقدار کافی حدودا معادل3fmمی باشد.چون در این فاصله ها انرژی پتانسیل الکترواسناتیکی دو دوترون در حدود 0.5MeVهست پس می توانیم با این مقدار انرژی دادن به یکی از دوترونها دافعه کولنی بین دوترونها ر شکسته و واکنش را شروع کنیم که بعد از انجام مقدار4.5MeVتولید می شود.(0.5MeVانرژی جنبشی به علاوه 4MeVانرژی آزاد شده)

 

می توانیم رآکتور خود را طوری طراحی کنیم که دور دیواره بیرونی آن لیتیم مایع تحت فشار جریان داشته باشد.این لیتیم مایع گرمای تولیدی اضافی را از واکنش گرفته و به آب منتقل می کند و با تبدیل آن به بخار باعث می شود که توربین و ژنراتور به حرکت درآیند و برق تولید بشود.

 

اما چرا لیتیم؟

 

قبلا دیدید که مقرون به صرفه ترین واکنش در رآکتور همجوشی واکنش دوتریم . ترتیم است.در این واکنش دیدید که یک نوترون پر انرژی تولید می شد.این مساله یعنی نوترون زایی می تواند سبب تضعیف بخشهایی از رآکتور شود.از طرفی برای محیط زیست و مخصوصا سلامتی کسانی که در اطراف رآکتور فعالیت می کنند بسیار مضر است.اما اگر لیتیم را به عنوان خنک کننده داشته باشیم این جریان لیتیم همچنین نقش مهم کند کنندگی را بازی خواهد کرد.به این صورت که با نوترون اضافی تولید شده در واکنش ترکیب شده و سوخت گران قیمت و بسیار کمیاب رآکتور رو که همان ترتیم است تولید می کند.واکنش دقیق آن به شکل زیر است.البته در این مورد باید ضخامت لیتیم مایع در جریان حداقل یک متر باشد.

 

انواع رآکتور

 

توکامک یکی از انواع رآکتورهای همجوشی هسته ایست که عمل محصورسازی را به خوبی انجام میدهد.طرح توکامک در دهه پنجاه میلادی توسط روسها پیشنهاد شد. واژه توکامک از واژه های "toroidalnaya", "kamera", and "magnitnaya" به معنی " اتاقک مغناطیسی چنبره ای" گرفته شده است.

 

یکی از دلایل و توجیحاتی که برای چنبره ای بودن محفظه های محصور سازی می شود بیان کرد این است که : توپ پر مویی را تصور کنید که شما قصد دارید موهای این توپ را شانه بزنید. شما هر طور و از هر طرف که بخواهید این کار بکنید همیشه دو طرف از موهای توپ شانه نشده و نامنظم باقی می ماند.حال به جای توپ فرض کنید که یک کره مغناطیسی داریم .میخواهیم که بردارهای میدان در سراسر اطراف این کره یکنواخت و منظم باشند(در واقع همه در یک جهت باشند).بنا به مثال این کار غیر ممکن بوده ونا منظمی در دو طرف کره باعث عدم پایداری محصور ساز می شود.ولی در یک محصور ساز چنبره ای چنین مشکلی وجود ندارد و یکنواختی میدان سراسر محصور ساز(توکامک)باعث پایداری آن می شود.مهم ترین و حیاتی ترین وظیفه یک ابزار همجوشی پایدار نگه داشتن پلاسما است.

 

اسفرومک

 

اسفرومک نوع دیگری از رآکتورهای همجوشیست که بر خلاف توکامک که چنبره ایست شکلی کروی دارد.البته تفاوت اسفرومک با توکامک در این است که در مرکز اسفرومک هیچ جسم مادی ای وجود ندارد.

 

اسفرومک متاسفانه با بی مهری مواجه شد و به اندازه توکامک مورد توجه واقع نشد.در حالی که اسفرومک مدت زیادی بعد از توکامک اختراع شد.

 

در دهه گذشته اغلب تحقیقات در بخش انرژی همجوشی مغناطیسی روی توکامک چنبره ای شکل برای رسیدن به واکنشهای همجوشی در سطح بالا متمرکز شده است.

 

کار توکامک در ایالات متحده وخارج آن ادامه دارد ولی سازمان دانشمندان انرژی همجوشی در حال بازدید از اسفرومک هستند.

 

قسمت زیادی از علاقه تجدید شده به پروژه اسفرومک روی تحقیقات فعالی در لاورنس لیورمور در گروهی به نام SSPX (Sustained Spheromak Physics Experiment) متمرکز شده است.SSPX در 14ژوئن 1999 در مراسمی با حضور نماینده ای از DOE و با همکاری دانشمندانی از Sandia و آزمایشگاه ملی لس آلاموس آغاز به کار کرد.SSPX یک سری از از آزمایشات است که برای این طراحی شده که توانایی اسفرومک را در این مورد که اسفرومک چقدر این کیفیت را داراست که پلاسما های داغ سوخت همجوشی را درون خود داشته باشد مشخص کند .

 

به عقیده رهبر پروژه SSPX آقای David Hill توکامک با دمای بالایی که در آن قابل دسترسیست (بیشتر از 100میلیون درجه سلسیوس که بارها بیشتر از دمای مرکز خورشید است)فعلا برنده جریان رهبری پروژه های همجوشی به حساب می آید.با این حال میدانهای مغناطیسی توکامک بوسیله کویل (سیم پیچ) های بیرونی بسیار بزرگ که چنبره رآکتور را کاملا احاطه می کنند تولید می شوند.این کویل های بسیار بزرگ هزینه بسیار زیاد و بی نظمی و اختلالاتی در کار رآکتور خواهند داشت.

 

در حالی که اسفرومک ها پلاسمای بسیار داغ را در یک سیستم میدان مغناطیسی ساده و فشرده که فقط از یک سری ساده از کویل های کوچک پایدار کننده استفاده میکند بوجود می آورد.میدانهای مغناطیسی قوی لازم درون پلاسما با چیزی که دینام مغناطیسی نامیده می شود تولید می شوند.

 

انرژی‌ده کردن

 

می دانید درنوعی از رآکتورهای شکافت هسته ای بوجود آوردن زنجیره واکنشها بوسیله برخورد دادن یک نوترون پر انرژی با هسته یک اتم اورانیم235 انجام می شود.به این صورت که وقتی که این نوترون وارد هسته اتم اورانیوم235 می شود آن را به یک هسته اورانیم236 تبدیل میکند.از آنجا که این هسته ناپایدار است به سرعت واپاشی می کرده و اتمهای سبکتری به همراه سه نوترون پر انرژی دیگر را تولید می کند.

 

توضیح کاملتر اینکه در هسته های سنگین پایدار مثل اورانیوم بین نیروهای الکترواستاتیکی که مایل هستند ذرات تشکیل دهنده اتم را از هم دور کنند و نیروی هسته ای که آنها را کنار هم نگه میدارد تعادل بسیار حساسی وجود دارد که این تعادل رو می توانیم براحتی و به روشی که گفته شد به هم زده و واکنش شکافت هسته ای را شروع کنیم.واکنش حاصل از یک اتم با تولید کردن سه نوترون پر انرژی دیگر باعث میشود سه اتم اورانیم دیگر وارد واپاشی بشوند.به همین ترتیب واکنش اصطلاحا زنجیره ای میشود.

 

قدر مسلم یک رآکتور همجوشی ایده آل رآکتوریست که در آن واکنشهای زنجیره ای داریم. در واقع هدف اساسی در راه ساخت رآکتور همجوشی هسته ای زنجیره ای کردن آن است.اگر قرار باشد که ما در این راه انرژی صرف کنیم تا یک مقدار کمتر از آن را بدست بیاوریم مطمئنا این واکنش نه زنجیره ایست نه مفید.دانشمندان این رشته مفهومی به نام گیرانش را تعریف کرده اند که به معنی این است که مقداری انرژی صرف شروع واکنش کنیم و انرژی بیشتر از سلسله واکنشها بگیریم.در واقع در شرایط گیرانش واکنش زنجیره ای میشود.یعنی نه تنها انرژی تولیدی یک واکنش برای انجام واکنش بعد کافیست بلکه مقدار زیادی از آن هم اضافه است ومیتواند در اختیار ما برای تولید برق قرار بگیرد.

 

اگر بخواهیم توکامک یا هر وسیله دیگر که همجوشی در آن انجام می شود توان مفید داشته باشد یعنی به ما انرژی بدهد باید شرایط خاصی داشته باشد. برای آنکه احتمال برخورد ذرات(یونهای) نامزد همجوشی بالا برود اولا باید دمای خیلی بالایی درون آن تولید بشود و رآکتور هم بتواند بخوبی دمای بالا را تحمل کند.(این دما در محدوده ده به توان هشت درجه کلوین می باشد!)دوما رآکتور باید این توانایی را داشته باشد که درونش چگالی زیاد از یونها را وارد کرد و سوم اینکه زمان محصور سازی در آن طولانی باشد.

 

دمای بالا برای آن است که بتوانیم تقریبا مطمئن باشیم که می توانیم از سد محکم پتانسیل کولنی هسته ها بگذریم.چگالی زیاد هم برای این است که هر چه بیشتر احتمال برخورد های کارا بالا برود.

 

در این مسیر قانونی وجود دارد که نام آن معیار لاوسون است.به کمک این معیار می شود محاسبه کرد که آیا شرایط طوری هست که واکنش به گیرانش برسد یا نه.

 

معیار لاوسن = باید: مقدار چگالی*مدت زمان محصور سازی > ده به توان20ذره در متر مکعب باشد تا این واکنش به گیرانش برسد(البته بستگی مستقیم با دمای پلاسما دارد)

 

اما به طور دقیق تر:

 

برای رسیدن به شرایط مطلوب درواکنشهای گرما هسته ای که در آنها از سوخت دوتریم - ترتیم استفاده می شود دمای پلاسما (T) باید در محدوده یک الی سه ضرب در ده به توان هشت درجه کلوین و زمان محصورسازی(تی ای)(تی اندیس E) باید در حدود یک الی سه ثانیه و چگالی (n) باید حوالی یک الی سه ضرب در ده به توان بیست ذره بر متر مکعب باشد.برای آغاز به کار رآکتور یعنی برای رسیدن به کمینه دمای حدود ده به توان هشت کلوین باید از وسیله گرما ساز کمکی استفاده کرد. بعد از محترق شدن سوخت مخلوط پلاسما با ذرات آلفایی که در اثر احتراق اولیه بوجود اومده اند گرم شده و می توانیم دستگاه کمکی را از مدار خارج کنیم.از آن به بعد سرعت فعالیتهای همجوشی با افزایش دادن چگالی پلاسما افزایش پیدا می کند.با این وجود افزایش چگالی به بالای مرزهای تعیین شده و مطمئن به معنی به هم خوردن پایداری پلاسما و یا اینکه خاموش شدن رآکتور را در پی خواهد داشت یا فاجعه.به عبارت دیگه (در صورت افزایش چگالی پلاسما) برای پایدار کردن پلاسما زمان محصور سازی و دمای احتراق و صد البته حجم پلاسما و نقطه پایداری پلاسما با افزایش چگالی بالا تر رفته و شرایط را برای کار سخت تر می کند. به حالت تعادل در آوردن این ملزمات با شکل بندی رآکتور در کوچکترین اسپکت ریتو که به شکل بندی مغناطیسی آن بستگی دارد مقدور میشود.

وخت هسته ای

 

 

 

 

نحوه آزاد شدن انرژی هسته‌ای

 

 

می‌دانیم که هسته از پروتون (با بار مثبت) و نوترون (بدون بار الکتریکی) تشکیل شده است. بنابراین بارالکتریکی آن مثبت است. اگر بتوانیم هسته را به طریقی به دو تکه تقسیم کنیم، تکه‌ها در اثر نیروی دافعه الکتریکی خیلی سریع از هم فاصله گرفته و انرژی هسته ای فوق العاده‌ای پیدا می‌کنند. در کنار این تکه‌ها ذرات دیگری مثل نوترون و اشعه گاما و بتا نیز تولید می‌شود. انرژی جنبشی تکه‌ها و انرژی ذرات و پرتوهای بوجود آمده ، در اثر برهمکنش ذرات با مواد اطراف ، سرانجام به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود. مثلا در واکنش هسته‌ای که در طی آن 235U به دو تکه تبدیل می‌شود، انرژی کلی معادل با 200MeV را آزاد می‌کند. این مقدار انرژی می‌تواند حدود 20 میلیارد کیلوگالری گرما را در ازای هر کیلوگرم سوخت تولید کند. این مقدار گرما 2800000 بار برگتر از حدود 7000 کیلوگالری گرمایی است که از سوختن هر کیلوگرم زغال سنگ حاصل می‌شود.

 

 

 

کاربرد حرارتی انرژی هسته‌ای 

 

گرمای حاصل از واکنش هسته‌ای در محیط راکتور هسته‌ای تولید و پرداخته می‌شود. بعبارتی در طی مراحلی در راکتور این گرما پس از مهارشدن انرژی آزاد شده واکنش هسته‌ای تولید و پس از خنک سازی کافی با آهنگ مناسبی به خارج منتقل می‌شود. گرمای حاصله آبی را که در مرحله خنک سازی بعنوان خنک کننده بکار می‌رود را به بخار آب تبدیل می‌کند. بخار آب تولید شده ، همانند آنچه در تولید برق از زعال سنگ ، نفت یا گاز متداول است، بسوی توربین فرستاده می‌شود تا با راه اندازی مولد ، توان الکتریکی مورد نیاز را تولید کند. در واقع ، راکتور همراه با مولد بخار ، جانشین دیگ بخار در نیروگاه‌های معمولی شده است.

 

سوخت راکتورهای هسته‌ای

 

ماده‌ای که به عنوان سوخت در راکتورهای هسته‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد باید شکاف پذیر باشد یا به طریقی شکاف پذیر شود.235U شکاف پذیر است ولی اکثر هسته‌های اورانیوم در سوخت از انواع 238U است. این اورانیوم بر اثر واکنشهایی که به ترتیب با تولید پرتوهای گاما و بتا به 239Pu تبدیل می‌شود. پلوتونیوم هم مثل 235U شکافت پذیر است. به علت پلوتونیوم اضافی که در سطح جهان وجود دارد نخستین مخلوطهای مورد استفاده آنهایی هستند که مصرف در آنها منحصر به پلوتونیوم است.

میزان اورانیومی که از صخره‌ها شسته می‌شود و از طریق رودخانه‌ها به دریا حمل می‌شود، به اندازه‌ای است که می‌تواند 25 برابر کل مصرف برق کنونی جهان را تأمین کند. با استفاده از این نوع موضوع ، راکتورهای زاینده‌ای که بر اساس استخراج اورانیوم از آب دریاها راه اندازی شوند قادر خواهند بود تمام انرژی مورد نیاز بشر را برای همیشه تأمین کنند، بی آنکه قیمت برق به علت هزینه سوخت خام آن حتی به اندازه یک درصد هم افزایش یابد.

 

مزیتهای انرژی هسته‌ای بر سایر انرژیها

 

بر خلاف آنچه که رسانه‌های گروهی در مورد خطرات مربوط به حوادث راکتورها و دفن پسماندهای پرتوزا مطرح می‌کند از نظر آماری مرگ ناشی ازخطرات تکنولوژی هسته‌ای از 1 درصد مرگهای ناشی از سوختن زغال سنگ جهت تولید برق کمتر است. در سرتاسر جهان تعداد نیروگاههای هسته‌ای فعال بیش از 419 می‌باشد که قادر به تولید بیش از 322 هزار مگاوات توان الکتریکی هستند. بالای 70 درصد این نیروگاه‌ها در کشور فرانسه و بالای 20 درصد آنها در کشور آمریکا قرار دارد.

 

همجوشی  خورشید و ستارگان

 

سالهاست که دانشمندان واکنشی را که در خورشید و ستارگان رخ داده و در آن انرژی تولید می کند کشف کرده اند. این واکنش عبارت است از ترکیب (برخورد) هسته های چهار اتم هیدروژن معمولی و تولید یک هسته اتم هلیوم.اما مشکلی سر راه این نظریه است.

 

بالا ترین دمایی که در خورشید وجود دارد مربوط به مرکز آن است که برابر 15ضرب در 10 به توان 6 می باشد.در حالی که در ستارگان بزرگتر این دما به 20 ضرب در ده به توان 6 می رسد. به همین خاطر تصور بر این است که آن واکنش معروف ترکیب چهار اتم هیدروژن معمولی و تولید یک اتم هلیم در سایر ستارگان بزرگ نیست که باعث تولید انرژی می شود. بلکه احتمالا چرخه کربن در آنها به کمک آمده و کوره آنها را روشن نگه می دارد.منظور از چرخه کربن آن چرخه ای نیست که روی زمین اتفاق می افتد. بلکه به این صورت است که ابتدا یک اتم هیدروژن معمولی با یک اتم کربن C12 ترکیب می شود (همجوشی) و یک اتم N13 به علاوه یک واحد گاما را آزاد می کند. بعد این اتم با یک واپاشی به یک اتمC13به علاوه یک پوزیترون و یک نوترینو تبدیل می شود.بعد اینC13دوباره با یک اتم هیدروژن ترکیب می شود وN14و یک واحد گاما حاصل می شود.دوباره در اثر ترکیب این نیتروژن با یک هیدروژن معمولی اتمO15و یک واحد گاما تولید می شود.O15واپاشی کرده و N15به علاوه یک پوزیترون ویک نوترینو را بوجود میاورد.و دست آخر با ترکیب N15با یک هیدروژن معمولیC12به علاوه یک اتم هلیوم بدست می آید.

 

 

 

محصور سازی

 

 

مشکلی اساسی سر راه همجوشی هسته‌ای است ; می دانیدهسته ازذرات ریزی تشکیل شده است که پروتون ونوترون جزءلاینفک آن هستند.نوترون بدون بار وپروتون با بار مثبت که سایربارهای مثبت رابه شدت از خود میراند.مشکل مشخص شد؟ بله…اگرپروتونها (هسته های هیدروژن) یکدیگررادفع میکنند چگونه میتوان آنهارا در همجوشی شرکت داد؟

 

همانطورکه حدس زدید راه حل اساسی آن است که به این پروتونها آنقدر انرژی بدهیم که انرژی جنبشی آنها بیشتر از نیروی رانش کولنی آنها شود و پروتونها بتوانند به اندازه کافی به هم نزدیک شوند. حال چگونه این انرژی جنبشی را تولید کنیم؟ گرما راه حل خوبیست. در اثر افزایش دما جنب و جوش وبه عبارت دیگرانرژی جنبشی ذرات بیشتر و بیشتر میشود به طوری که تعداد برخوردها و شدت آنها بیشتر و بیشتر میشود.به نظر شما آیا دیگر مشکلی وجود ندارد؟ خیر,مسئله اساسیتری سر راه است.

 

یک سماور پر از آب را تصور کنید.وقتی سماور را روشن می کنید با این کار به آب درون سماور گرما میدهید(انرژی منتقل می کنید).در اثر این انتقال انرژی دمای آب رفته رفته بالاتر می رود و به عبارتی جنب و جوش مولکولهای آب زیاد می شود.در این حالت بین مولکولهای آب برخوردهایی پدید می آید.هر مولکول که از شعله(یا المنت یا هر چیز دیگری)مقداری انرژی دریافت کرده است آنقدر جنب و جوش می کند تا بالاخره (به علت محدود بودن محیط سماور و آب)انرژی خود رابه دیگری بدهد.مولکول بعدی نیز به نوبه خود همین عمل را انجام میدهد.بدین ترتیب رفته رفته انرژی منبع گرما در تمام آب پخش می شود و دمای آب بالا میرود.خوب یک سوال:آیا وقتی بدنه سماور را لمس می کنیم هیچ گرمایی حس نمی کنیم؟…بله حس میکنیم.دلیلش هم که روشن است.برخورد مولکولهای پر انرژی آب با بدنه سماور و انتقال انرژی خود به آن.هدف ما از روشن کردن سماور گرم کردن آب بود نه سماور.امیدوارم تا اینجا پاسخ اولین مشکل اساسی بر سر راه همجوشی را دریافت کرده باشید.بله اگر اگر با صرف هزینه و زحمت بالا سوخت را به دمایی معادل میلیونها درجه کلوین برسانیم آیا این اتمها آنقدر صبر خواهند کرد تا با دیگر اتمها وارد واکنش شوند یا در اولین فرصت انرژی بالای خود را به دیواره داده وآن را نا بود میکند؟(...شما بودید چه می کردید؟؟؟...).بنابر این نیاز به ((محصور سازی)) داریم; یعنی باید به طریقی اجازه ندهیم که این گرما به دیواره منتقل شود.

 

رسیدن به دمای بالا

 

شروع واکنش همجوشی به دمای بسیار بالایی نیازمند است.درست است که دمای پانزده میلیون درجه دمای بسیار بالایست و تصور بوجود آوردنش روی زمین مشکل و کمی هم وحشتناک می باشد ولی معمولا در زندگی روزمره دور و برمان دماهای خیلی بالایی وجود دارند و ما از آنها غافلیم.مثلا وقتی در اثر اتصالی سیمهای برق داخل جعبه تقسیم میسوزد وشما صدای جرقه آنرا میشنوید و پس از بررسی متوجه می شوید که کاملا ذوب شده فقط به خاطر دمای وحشتناکی بوده که آن تو به وجود آمده.شاید باور نکنید ولی این دما به حدود سی-چهل هزار درجه کلوین میرسد.البته این دما برای همجوشی حکم طفل نی سواری را دارد.یا اینکه می توانیم با استفاده از ولتاژهای بسیار بالا قوسهای الکتریکی را از درون لوله های مویین عبور بدهیم.به این ترتیب دمای هوای داخل لوله که اکنون به پلاسما تبدیل شده به نزدیک چند میلیون درجه می رسد.(که باز هم برای همجوشی کم است).یکی از بهترین راهها استفاده از لیزر است.می دانید که لیزرهایی با توانهای بسیار بالا ساخته شده اند.مثلا نوعی از لیزر به نام لیزر نوا(NOVA)می تواند در مدت کوتاهی انرژی ای معادل ده به توان پنج ژول تولید کند.اما بازهم در کنار هر مزیت معایبی هست.مثلا این لیزر تبعا انرژی زیادی مصرف میکند که حتی با صرف نظر از آن مشکل دیگری هست که میگوید اگر انرژی تولیدی لیزر در آن مدت کوتاه باید تحویل داده بشود پس برای برقرار ماندن معیار لاوسن (حالا که مدت زمان محصور سازی پایین آمده)باید چگالی بالا تر برود.که در این مورد از تراکم و چگالی جامد هم بالا تر میرود.

 

انواع واکنشها

 

برای بهینه سازی کار رآکتورهای همجوشی و افزایش توان خروجی آنها راههای متعددی وجود دارد.یکی از این راهها انتخاب نوع واکنشیست که قرار است در رآکتور انجام بشود.

 

ظبق تصویر زیر نوعی از واکنش همجوشی بصورتیست که در آن دو هسته سبک با یکدیگر واکنش داده و یک هسته سنگین تر را بوجود میاورند.یعنی حاصل ترکیب دو هسته دوتریم و تولید یک هسته ترتیم به علاوه یک هسته هیدروژن معمولیست. این واکنش انرژی ده می باشد.چون تفاوت انرژی بستگی هسته سنگین تر وهسته های سبکتر مقداری منفیست.

 

در این واکنش مقدار انرژی ای تولیدی برابر4MeVمی باشد.

 

قبلا گفته شد که باید برای انجام همجوشی هسته ها به اندازه کافی به هم نزدیک بشوند.این مقدار کافی حدودا معادل3fmمی باشد.چون در این فاصله ها انرژی پتانسیل الکترواسناتیکی دو دوترون در حدود 0.5MeVهست پس می توانیم با این مقدار انرژی دادن به یکی از دوترونها دافعه کولنی بین دوترونها ر شکسته و واکنش را شروع کنیم که بعد از انجام مقدار4.5MeVتولید می شود.(0.5MeVانرژی جنبشی به علاوه 4MeVانرژی آزاد شده)

 

می توانیم رآکتور خود را طوری طراحی کنیم که دور دیواره بیرونی آن لیتیم مایع تحت فشار جریان داشته باشد.این لیتیم مایع گرمای تولیدی اضافی را از واکنش گرفته و به آب منتقل می کند و با تبدیل آن به بخار باعث می شود که توربین و ژنراتور به حرکت درآیند و برق تولید بشود.

 

اما چرا لیتیم؟

 

قبلا دیدید که مقرون به صرفه ترین واکنش در رآکتور همجوشی واکنش دوتریم . ترتیم است.در این واکنش دیدید که یک نوترون پر انرژی تولید می شد.این مساله یعنی نوترون زایی می تواند سبب تضعیف بخشهایی از رآکتور شود.از طرفی برای محیط زیست و مخصوصا سلامتی کسانی که در اطراف رآکتور فعالیت می کنند بسیار مضر است.اما اگر لیتیم را به عنوان خنک کننده داشته باشیم این جریان لیتیم همچنین نقش مهم کند کنندگی را بازی خواهد کرد.به این صورت که با نوترون اضافی تولید شده در واکنش ترکیب شده و سوخت گران قیمت و بسیار کمیاب رآکتور رو که همان ترتیم است تولید می کند.واکنش دقیق آن به شکل زیر است.البته در این مورد باید ضخامت لیتیم مایع در جریان حداقل یک متر باشد.

 

انواع رآکتور

 

توکامک یکی از انواع رآکتورهای همجوشی هسته ایست که عمل محصورسازی را به خوبی انجام میدهد.طرح توکامک در دهه پنجاه میلادی توسط روسها پیشنهاد شد. واژه توکامک از واژه های "toroidalnaya", "kamera", and "magnitnaya" به معنی " اتاقک مغناطیسی چنبره ای" گرفته شده است.

 

یکی از دلایل و توجیحاتی که برای چنبره ای بودن محفظه های محصور سازی می شود بیان کرد این است که : توپ پر مویی را تصور کنید که شما قصد دارید موهای این توپ را شانه بزنید. شما هر طور و از هر طرف که بخواهید این کار بکنید همیشه دو طرف از موهای توپ شانه نشده و نامنظم باقی می ماند.حال به جای توپ فرض کنید که یک کره مغناطیسی داریم .میخواهیم که بردارهای میدان در سراسر اطراف این کره یکنواخت و منظم باشند(در واقع همه در یک جهت باشند).بنا به مثال این کار غیر ممکن بوده ونا منظمی در دو طرف کره باعث عدم پایداری محصور ساز می شود.ولی در یک محصور ساز چنبره ای چنین مشکلی وجود ندارد و یکنواختی میدان سراسر محصور ساز(توکامک)باعث پایداری آن می شود.مهم ترین و حیاتی ترین وظیفه یک ابزار همجوشی پایدار نگه داشتن پلاسما است.

 

اسفرومک

 

اسفرومک نوع دیگری از رآکتورهای همجوشیست که بر خلاف توکامک که چنبره ایست شکلی کروی دارد.البته تفاوت اسفرومک با توکامک در این است که در مرکز اسفرومک هیچ جسم مادی ای وجود ندارد.

 

اسفرومک متاسفانه با بی مهری مواجه شد و به اندازه توکامک مورد توجه واقع نشد.در حالی که اسفرومک مدت زیادی بعد از توکامک اختراع شد.

 

در دهه گذشته اغلب تحقیقات در بخش انرژی همجوشی مغناطیسی روی توکامک چنبره ای شکل برای رسیدن به واکنشهای همجوشی در سطح بالا متمرکز شده است.

 

کار توکامک در ایالات متحده وخارج آن ادامه دارد ولی سازمان دانشمندان انرژی همجوشی در حال بازدید از اسفرومک هستند.

 

قسمت زیادی از علاقه تجدید شده به پروژه اسفرومک روی تحقیقات فعالی در لاورنس لیورمور در گروهی به نام SSPX (Sustained Spheromak Physics Experiment) متمرکز شده است.SSPX در 14ژوئن 1999 در مراسمی با حضور نماینده ای از DOE و با همکاری دانشمندانی از Sandia و آزمایشگاه ملی لس آلاموس آغاز به کار کرد.SSPX یک سری از از آزمایشات است که برای این طراحی شده که توانایی اسفرومک را در این مورد که اسفرومک چقدر این کیفیت را داراست که پلاسما های داغ سوخت همجوشی را درون خود داشته باشد مشخص کند .

 

به عقیده رهبر پروژه SSPX آقای David Hill توکامک با دمای بالایی که در آن قابل دسترسیست (بیشتر از 100میلیون درجه سلسیوس که بارها بیشتر از دمای مرکز خورشید است)فعلا برنده جریان رهبری پروژه های همجوشی به حساب می آید.با این حال میدانهای مغناطیسی توکامک بوسیله کویل (سیم پیچ) های بیرونی بسیار بزرگ که چنبره رآکتور را کاملا احاطه می کنند تولید می شوند.این کویل های بسیار بزرگ هزینه بسیار زیاد و بی نظمی و اختلالاتی در کار رآکتور خواهند داشت.

 

در حالی که اسفرومک ها پلاسمای بسیار داغ را در یک سیستم میدان مغناطیسی ساده و فشرده که فقط از یک سری ساده از کویل های کوچک پایدار کننده استفاده میکند بوجود می آورد.میدانهای مغناطیسی قوی لازم درون پلاسما با چیزی که دینام مغناطیسی نامیده می شود تولید می شوند.

 

انرژی‌ده کردن

 

می دانید درنوعی از رآکتورهای شکافت هسته ای بوجود آوردن زنجیره واکنشها بوسیله برخورد دادن یک نوترون پر انرژی با هسته یک اتم اورانیم235 انجام می شود.به این صورت که وقتی که این نوترون وارد هسته اتم اورانیوم235 می شود آن را به یک هسته اورانیم236 تبدیل میکند.از آنجا که این هسته ناپایدار است به سرعت واپاشی می کرده و اتمهای سبکتری به همراه سه نوترون پر انرژی دیگر را تولید می کند.

 

توضیح کاملتر اینکه در هسته های سنگین پایدار مثل اورانیوم بین نیروهای الکترواستاتیکی که مایل هستند ذرات تشکیل دهنده اتم را از هم دور کنند و نیروی هسته ای که آنها را کنار هم نگه میدارد تعادل بسیار حساسی وجود دارد که این تعادل رو می توانیم براحتی و به روشی که گفته شد به هم زده و واکنش شکافت هسته ای را شروع کنیم.واکنش حاصل از یک اتم با تولید کردن سه نوترون پر انرژی دیگر باعث میشود سه اتم اورانیم دیگر وارد واپاشی بشوند.به همین ترتیب واکنش اصطلاحا زنجیره ای میشود.

 

قدر مسلم یک رآکتور همجوشی ایده آل رآکتوریست که در آن واکنشهای زنجیره ای داریم. در واقع هدف اساسی در راه ساخت رآکتور همجوشی هسته ای زنجیره ای کردن آن است.اگر قرار باشد که ما در این راه انرژی صرف کنیم تا یک مقدار کمتر از آن را بدست بیاوریم مطمئنا این واکنش نه زنجیره ایست نه مفید.دانشمندان این رشته مفهومی به نام گیرانش را تعریف کرده اند که به معنی این است که مقداری انرژی صرف شروع واکنش کنیم و انرژی بیشتر از سلسله واکنشها بگیریم.در واقع در شرایط گیرانش واکنش زنجیره ای میشود.یعنی نه تنها انرژی تولیدی یک واکنش برای انجام واکنش بعد کافیست بلکه مقدار زیادی از آن هم اضافه است ومیتواند در اختیار ما برای تولید برق قرار بگیرد.

 

اگر بخواهیم توکامک یا هر وسیله دیگر که همجوشی در آن انجام می شود توان مفید داشته باشد یعنی به ما انرژی بدهد باید شرایط خاصی داشته باشد. برای آنکه احتمال برخورد ذرات(یونهای) نامزد همجوشی بالا برود اولا باید دمای خیلی بالایی درون آن تولید بشود و رآکتور هم بتواند بخوبی دمای بالا را تحمل کند.(این دما در محدوده ده به توان هشت درجه کلوین می باشد!)دوما رآکتور باید این توانایی را داشته باشد که درونش چگالی زیاد از یونها را وارد کرد و سوم اینکه زمان محصور سازی در آن طولانی باشد.

 

دمای بالا برای آن است که بتوانیم تقریبا مطمئن باشیم که می توانیم از سد محکم پتانسیل کولنی هسته ها بگذریم.چگالی زیاد هم برای این است که هر چه بیشتر احتمال برخورد های کارا بالا برود.

 

در این مسیر قانونی وجود دارد که نام آن معیار لاوسون است.به کمک این معیار می شود محاسبه کرد که آیا شرایط طوری هست که واکنش به گیرانش برسد یا نه.

 

معیار لاوسن = باید: مقدار چگالی*مدت زمان محصور سازی > ده به توان20ذره در متر مکعب باشد تا این واکنش به گیرانش برسد(البته بستگی مستقیم با دمای پلاسما دارد)

 

اما به طور دقیق تر:

 

برای رسیدن به شرایط مطلوب درواکنشهای گرما هسته ای که در آنها از سوخت دوتریم - ترتیم استفاده می شود دمای پلاسما (T) باید در محدوده یک الی سه ضرب در ده به توان هشت درجه کلوین و زمان محصورسازی(تی ای)(تی اندیس E) باید در حدود یک الی سه ثانیه و چگالی (n) باید حوالی یک الی سه ضرب در ده به توان بیست ذره بر متر مکعب باشد.برای آغاز به کار رآکتور یعنی برای رسیدن به GetBC(33);

مواد مورد نیاز در راکتورهای هسته‌ای
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 19:13 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

 

مواد مورد نیاز در راکتورهای هسته‌ای

 

 

 

 

دیدکلی

 

خواص فیزیکی مواد ، اهمیت ویژه‌ای در کاربرد آنها در راکتورهای هسته‌ای دارد. خواصی چون استحکام ، سختی ، قابلیت کششی ، نقطه ذوب ، نقطه جوش ، چگالی و رسانندگی گرمایی همه مواردی هستند که در انتخاب ماده برای اجزای مختلف راکتور ، دارای اهمیت می‌باشد.

 

سوخت راکتور

 

اورانیوم

 

متداول ترین ماده سوخت برای راکتورهای هسته‌ای اورانیوم است، که می‌تواند به صورت خالص ، یعنی اورانیوم فلزی و یا به صورت ترکیب مثل اکسید اورانیوم و یا کربور اورانیوم بکار برود. اورانیوم ، فلز نسبتا نرم و قابل کششی است که در دمای بالا به آسانی در هوا و آب اکسید می‌شود. نقطه ذوب آن 1133 درجه سانتیگراد است.

 

پلوتونیوم

 

چون فلز پلوتونیوم تا رسیدن به نقطه ذوب 640 درجه سانتیگراد دارای تعداد زیادی فاز بلوری است، سوخت مناسبی برای راکتور نمی‌باشد. به عنوان سوخت راکتور ، پلوتونیوم را به صورت ، PUO2 بکار می‌برند. نقطه ذوب این ترکیب 2400 درجه سانتیگراد است.

 

توریوم

 

به جز در چند راکتور با خنک کننده گازی دما - بالا ، توریوم تاکنون به عنوان سوخت راکتور کاربرد زیادی نداشته است. نقطه ذوب فلزات توریوم خالص حدود 1700 درجه سانتیگراد است. به علت پایداری بهتر ، این عنصر برتر از اورانیوم است. اما ما به صورت خالص به عنوان سوخت بکار نمی‌رود. بلکه ان را به صورت دی اکسید توریوم ThO2 کربوتریوم ThC2 بکار می‌برند.

 

کند کننده‌ها

 

ویژگیهای لازم برای کند کننده‌های راکتورهای حرارتی ، یعنی عدد جرمی پایین ، سطح مقطع جذب نوترون خیلی پایین ، سطح مقطع پراکندگی بالا و گزینش را به چند ماده محدود می‌کنند. هیدروژن و دوتریوم ، کربن و برلیوم تنها عناصری هستند که برای کند کنندگی مناسب‌اند. هیدروژن و دوتریم ، به علت گاز بودن ، به اندازه کافی چگال نیستند و باید به صورت ترکیب بکار روند. بنابراین انتخاب کند کننده برای راکتورهای حرارتی به سه ماده زیر محدود می‌شود.

 

 

  • آب :
    آب یک انتخاب بدیهی برای کند کننده راکتورهای حرارتی است و می‌تواند به عنوان خنک کننده هم بکار رود. آب دارای سطح مقطع جذب نسبتا بالایی است. کند کننده آب برای بحرانی شدن نیاز به اورانیوم غنی شده دارند.

     

  • آب سنگین :
    بسیاری از خواص فیزیکی و ترمودینامیکی آب سنگین شبیه آب معمولی است. فرق اساسی آب سنگین با آب معمولی در این است که دوتریم سطح مقطع جذب خیلی کمتری نسبت به هیدروژن دارد.

     

  • گرافیت :
    ویژگیهای هسته‌ای این ماده ، مثل قدرت کند کنندگی و سطح مقطع جذب به خوبی ویژگیهای آب سنگین نیست. اما نوع خالص آن را می‌توان تهیه کرد. خواص ساختاری و گرمایی آن خوب است اما در دماهای بالا و هوا ترکیب می‌شود. گرافیت دارای رسانندگی گرمایی بالایی است.

     

خنک کنندهها

 

ویژگیهای خنک کننده‌ها

 

  • خواص ترمودینامیکی خوب ، یعنی رسانندگی گرمایی ، گرمای ویژه بالا و چسبندگی پایین.

     

  • عدم برهمکنش شیمیایی با قسمتهای دیگر راکتور.

     

  • سطح مقطع جذب نوترونی خیلی پایین.

     

  • پرتوزا نشدن در اثر واکنش‌های گاما - نوترون که ممکن است هنگام عبور خنک کننده از قلب راکتور رخ بدهد.

     

 

مواد مناسب خنک کننده

 

هلیوم

 

هلیوم گازی است بی اثر ، دارای خواص ترمودینامیکی خوب و خطر تابش هم ایجاد نمی‌کند. بنابراین ظاهرا می‌توان آن را به عنوان خنک کننده ایده آل راکتورهای گازی تلقی کرد. اما متاسفانه به سادگی مقدار زیاد آن قابل دسترسی نیست. در حال حاضر کاربرد این گاز به عنوان خنک کننده راکتور محدود به چند راکتور دما – بالای گازی در آمریکا و آلمان است.

 

فلزات مایع

 

فلزات مایع ، به دلیل خواص ترمودینامیکی خوبشان ، به خصوص رسانندگی گرمایی بالای آنها ، خنک کننده‌های با لقوه خیلی خوبی برای راکتورها هستند. سدیم ، لیتیم ، جیوه و آلیاژهای سدیم – پتاسیم همه مناسب‌اند. ولی از میان آنها سدیم به مقدار قابل ملاحظه‌ای ، منحصرا در راکتورهای سریع زاینده مورد استفاده قرار گرفته است.

 

حفاظ‌های راکتور

 

ویژگی‌های مواد محافظ

 

  • سطح مقطع جذب نوترون خیلی پایین است.

     

  • رسانندگی گرمایی بالا دارند.

     

  • استحکام خوب در دماهای بالا برای مقاومت در مقابل تنش حرارتی

     

  • تغییر شکل سوخت و فشار ناشی از انباشت پاره‌های شکافت در داخل حفاظ

     

مواد کنترل

 

موادی که برای راکتور مورد استفاده قرار می‌گیرند باید دارای سطح مقطع جذب بالایی باشند.

 

بور

 

بور متداول ترین ماده کنترل است. از بور به تنهایی نمی‌توان استفاده کرد. اما می‌توان آن را با فولاد در آمیخت یا به صورت کربور محبوس در کپسول‌های فولادی مورد استفاده قرار داد.

 

ایندیم و کادمیوم

 

ایندیوم و کادمیوم هر دو سطح مقطع جذب بالایی دارند. اما نقطه ذوب آنها پایین تر از آن است که بتوان از آنها در راکتورهای قدرت استفاده کرد.

 

هافنیم

 

هافنیوم دارای استحکام مکانیکی کافی و مقاومت خوبی در برابر خوردگی است. لذا ماده کنترل خوبی است.

 

اگادولینیم

 

گادولینیم در بعضی راکتورهای گازی پیشرفته به عنوان سم قابل سوختن بکار می‌رود.

 



شکافت هسته ای
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 19:7 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

 

این مقاله باهمکاری مهندس مهدی ادیبی وخانم مهندس نجمه سلیمانی نژادوخانم مهسا بلاغی تهیه شده است

شکافت هسته‌ای

در واکنشهای شکافت هسته‌ای مقادیر زیادی نیز انرژی آزاد می‌گردد (درحدود 200Mev)، اما مسئله مهمتر اینکه نتیجه شکستنهسته235U ، آزادی دونوترون است که می‌تواند دو هسته دیگر را شکسته و چهار نوترون را بوجود آورد. اینچهار نوترون نیز چهار هسته235U را می‌شکند. چهار هسته شکسته شدهتولید هشت نوترون می‌کنند که قادر به شکستن همین تعداد هستهاورانیوم می‌باشند. سپس شکست هسته‌ای و آزاد شدن نوترونها بصورت زنجیروار به سرعت تکثیر وتوسعه می‌یابد. در هر دوره تعداد نوترونها دو برابر می‌شود، در یک لحظهواکنشزنجیریخود بخودی شکست هسته‌ای شروع می‌گردد. درواکنشهای کنترل شده هسته‌ایتعداد شکست درواحد زمان و نیز مقدار انرژی بتدریج افزایش یافته و پس از رسیدن به مقداری دلخواه

ثابت نگهداشته می‌شود.

 

 

انرژی شکافت هسته‌ای

 

 

 

 

 

 

 

انرژی بستگی هسته‌ای

 

 

 

 

 

 

 


از طرف دیگر M همیشه کمتر از مجموع جرمهای تشکیل دهنده‌های منزوی هسته است. این اختلاف به توسط فرمول انیشتین توضیح داده می‌شود که رابطه بین جرم و انرژی هم ارزی جرم و انرژی را برقرار می‌سازد. اگر یک دستگاه مادی دارای جرم باشد در این صورت دارای انرژی کلی E است. E = M C2 که در آن C سرعت نور در خلا و M جرم کل هسته مرکب از نوکلئونها و E مقدار انرژیی است که در اثر فروپاشی جرم M تولید می‌شود. بنابر این اصول انرژی هسته‌ای بر آزاد سازی انرژی پیوندی هسته استوار است. هر سیستمی که دارای انرژی پیوندی بیشتر باشد پایدار می‌باشد. در واقع جرم مفقود شده در واکنشهای هسته‌ای طبق فرمول E = M C2 به انرژی تبدیل می‌شود. پس انرژی بستگی اختلاف جرم هسته و جرم نوکلئونهای تشکیل دهنده آن است، که معرف کاری است که باید انجام شود تا نوکلئونها از هم جدا شوند.

 


 

 

 

 

مواد شکافتنی

 

 

 

مواد ناپایدار برای اینکه به پایداری برسند، انرژی گسیل می‌کنند تا به حالت پایدار برسد. معمولا عناصری شکافت پذیر هستند که جرم اتمی آنها بالای 150 باشد ،235U و 238U در معادن یافت می‌شود. 99.3 درصد اورانیوم معادن 238U می‌باشد.و تنها 7% آن 235U می‌باشد. از طرفی 235U با نوترونهای کند پیشرو واکنش نشان می‌دهد. 238Uتنها با نوترونهای تند کار می‌کند، البته خوب جواب نمی‌دهد. بنابر این در صنعت در نیروگاههای هسته‌ای 235U به عنوان سوخت محسوب می‌شود. ولی به دلایل اینکه در طبیعت کم یافت می‌شود. بایستی غنی سازی اورانیوم شود، یعنی اینکه از 7 درصد به 1 الی 3 درصد برسانند.

 

 

 

شکافت 235U

 

 

 

در این واکنش هسته‌ای وقتی نوترونکند بر روی 235U برخورد می کند به 236U تحریک شده تبدیل می‌شود. نهایتا تبدیل به باریوم و کریپتون و 3 تا نوترون تند و 177 Mev انرژی آزاد می‌شود. پس در واکنش اخیر به ازای هر نوکلئون حدود 1 Mev انرژی آزاد می‌شود. در واکنشهای شیمیایی مثل انفجار به ازای هر مولکول حدود 30 Mev انرژی ایجاد می‌شود. لازم به ذکر است در راکتورهای هسته‌ای که با نوترون کار می‌کند، طبق واکنشهای به عمل آمده 2 الی3 نوترونسریع تولید می‌شود. حتما این نوترونهای سریع باید کند شوند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

ماده قابل احتراق کانی که بصورت محدود پایه گذاری می‌شود. برای سایر کشورها خطرات بسیار دارد در حال حاضر تولید الکتریسته با استفاده از شکافت هسته‌ای کنترل شده به میزان زیادی توسعه یافته و مورد قبول واقع شده است. تولید انرژی هسته‌ای در کشورهای توسعه یافته بخش مهمی از طرح انرژی ملی را تشکیل می‌دهد

 

 

 

کشف انرژی هسته‌ای در جریان جنگ جهانی دوم صورت گرفت و اکنون برای شبکه برق بسیاری از کشورها هزاران کیلو وات تهیه می کند (نیرو گاه هسته ای). بحران انرژی بر اثر بالارفتن قیمت نفت در سال 1973 استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای بیشتر وارد صحنه کرد. در حال حاضر ممالک اروپایی انرژی هسته‌ای را تنها انرژی می‌داند. که می‌تواند در اکثر موارد جایگزین نفت شود. استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای که بر روی یک .

 

می‌توان تصور کرد که جرم هسته ، M ، با جمع کردن Z (تعداد پروتونها) ضربدر جرم پروتون و N تعداد نوترونها ضربدر جرم نوترون بدست می‌آید

 

 

 

.

 

 

 

 

 

انرژی شکافت هسته‌ای

 

 

 

 

 

 

 

انرژی بستگی هسته‌ای

 

 

 

 

 

 

 


از طرف دیگر M همیشه کمتر از مجموع جرمهای تشکیل دهنده‌های منزوی هسته است. این اختلاف به توسط فرمول انیشتین توضیح داده می‌شود که رابطه بین جرم و انرژی هم ارزی جرم و انرژی را برقرار می‌سازد. اگر یک دستگاه مادی دارای جرم باشد در این صورت دارای انرژی کلی E است. E = M C2 که در آن C سرعت نور در خلا و M جرم کل هسته مرکب از نوکلئونها و E مقدار انرژیی است که در اثر فروپاشی جرم M تولید می‌شود. بنابر این اصول انرژی هسته‌ای بر آزاد سازی انرژی پیوندی هسته استوار است. هر سیستمی که دارای انرژی پیوندی بیشتر باشد پایدار می‌باشد. در واقع جرم مفقود شده در واکنشهای هسته‌ای طبق فرمول E = M C2 به انرژی تبدیل می‌شود. پس انرژی بستگی اختلاف جرم هسته و جرم نوکلئونهای تشکیل دهنده آن است، که معرف کاری است که باید انجام شود تا نوکلئونها از هم جدا شوند.

 


 

 

 

 

مواد شکافتنی

 

 

 

مواد ناپایدار برای اینکه به پایداری برسند، انرژی گسیل می‌کنند تا به حالت پایدار برسد. معمولا عناصری شکافت پذیر هستند که جرم اتمی آنها بالای 150 باشد ،235U و 238U در معادن یافت می‌شود. 99.3 درصد اورانیوم معادن 238U می‌باشد.و تنها 7% آن 235U می‌باشد. از طرفی 235U با نوترونهای کند پیشرو واکنش نشان می‌دهد. 238Uتنها با نوترونهای تند کار می‌کند، البته خوب جواب نمی‌دهد. بنابر این در صنعت در نیروگاههای هسته‌ای 235U به عنوان سوخت محسوب می‌شود. ولی به دلایل اینکه در طبیعت کم یافت می‌شود. بایستی غنی سازی اورانیوم شود، یعنی اینکه از 7 درصد به 1 الی 3 درصد برسانند.

 

 

 

شکافت 235U

 

 

 

در این واکنش هسته‌ای وقتی نوترونکند بر روی 235U برخورد می کند به 236U تحریک شده تبدیل می‌شود. نهایتا تبدیل به باریوم و کریپتون و 3 تا نوترون تند و 177 Mev انرژی آزاد می‌شود. پس در واکنش اخیر به ازای هر نوکلئون حدود 1 Mev انرژی آزاد می‌شود. در واکنشهای شیمیایی مثل انفجار به ازای هر مولکول حدود 30 Mev انرژی ایجاد می‌شود. لازم به ذکر است در راکتورهای هسته‌ای که با نوترون کار می‌کند، طبق واکنشهای به عمل آمده 2 الی3 نوترونسریع تولید می‌شود. حتما این نوترونهای سریع باید کند شوند.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

ماده قابل احتراق کانی که بصورت محدود پایه گذاری می‌شود. برای سایر کشورها خطرات بسیار دارد در حال حاضر تولید الکتریسته با استفاده از شکافت هسته‌ای کنترل شده به میزان زیادی توسعه یافته و مورد قبول واقع شده است. تولید انرژی هسته‌ای در کشورهای توسعه یافته بخش مهمی از طرح انرژی ملی را تشکیل می‌دهد

 

 

 

کشف انرژی هسته‌ای در جریان جنگ جهانی دوم صورت گرفت و اکنون برای شبکه برق بسیاری از کشورها هزاران کیلو وات تهیه می کند (نیرو گاه هسته ای). بحران انرژی بر اثر بالارفتن قیمت نفت در سال 1973 استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای بیشتر وارد صحنه کرد. در حال حاضر ممالک اروپایی انرژی هسته‌ای را تنها انرژی می‌داند. که می‌تواند در اکثر موارد جایگزین نفت شود. استفاده از انرژی شکافت هسته‌ای که بر روی یک .

 

می‌توان تصور کرد که جرم هسته ، M ، با جمع کردن Z (تعداد پروتونها) ضربدر جرم پروتون و N تعداد نوترونها ضربدر جرم نوترون بدست می‌آید

 

 

 

.

 

 



قدرت نفوذی تشعشعات رادیواکتیو(توان ، میزان و عمق نفوذ)
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 19:4 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

قدرت نفوذی تشعشعات رادیواکتیو(توان ، میزان و عمق نفوذ)

 

 

دید کلی :

 

 

 

 


 

آزمایش فکری :

 


 

 

ذرات آلفا :

 

 

 

  • انحراف ذرات آلفا در میدان الکتریکی و مغناطیسی نشان می دهد که ذرات مزبور باید دارای بارالکتریکی باشند سوی انحراف بارالکتریکی آنها راکه مثبت است معین می کند بطور خلاصه می توان گفت که :پرتوهای آلفا ذرات رادیو اکتیو مادی هستند که بار الکتریکی مثبت دارند و با سرعت پرتاب شده اند سرعت اولیه این ذرات برحسب جنس ماده رادیواکتیو که انها رامنتشر می سازد ، متفاوت می باشد و آن هم بین 14تا 25 کیلو متر در ثانیه است .

     

 

 

  • اندازه گیری های دقیق نشان می دهند که جرم مادی هر ذره آلفا تقریباًچهار برابر جرم هیدروژن و بار الکتریکی مثبت آنها دو برابر قدر مطلق بار الکتریکی یک الکترون است بنابراین هر ذره آلفا یک هسته اتم هلیوم است که فاقد الکترونهای محیطی( مداری ) باشد . به عبارت دیگر هر ذره آلفا از دو پروتون و دو نوترون تشکیل می شود که به همین دلیل ذره آلفا را هلیون نیز می نامند به محض اینکه ذرات آ لفا متوقف شدند از محیط خود الکترون گرفته و تبدیل به اتم هلیوم می شوند .

     

 

 

  • قابلیت نفوذی اشعه آلفا بسیار کم است و یک ورفه آلومینیوم به قطر چند صدم میلیمتر و یا چند ورقه نازک کاغذ برای اینکه آنها را بطور کامل متوقف کند کافی است انرژی تمام ذرات آلفای یک عنصر معین ثابت است واین انرژی پس از مسافت ثابتی در هوا در اثر تصادم (برخورد) با مولکولهای هوا تلف می شود مثلا برد اشعه آلفای پولونیوم (Polonium) در هوا 3.5 سانتیمتر است در فشارعادی. و برد هوایی اشعه آلفای سایر عناصر رادیو اکتیو نیز بطور نسبی بسیار کم است و به جنس عنصری که ذرات آلفا را منتشر می کنند بستگی دارد .

     

 

 

  • ذرات آلفا در حین عبور از بین اتم های هوا و یا عناصر دیگر به الکترون های مدارات اتم های مزبور برخورد کرده و آنها را از مدار خود خارج ساخته و اتم را یونیزه می کنند چون وزن ذرات آلفا زیاد است بیش از 7000برابر وزن الکترون بنابر این انرژی سینیتیک (Cinetic Energy) آن زیاد بوده و در نتیجه قدرت یونیزاسیون (Ionixation) آن از تمام انواع دیگر تشعشع هسته ای زیادتراست چنانچه ذرات آلفا در حین عبور به هسته مرکزی یک اتم نزدیک شونده با نیروی الکتریکی هسته مزبور مواجه می شود و از مسیر اولیه خود انحراف می یابد .

     

 

 

  • کم بودن قدرت نفوذی اشعه آلفا سبب شده که از این اشعه در پزشکی چندان استفاده ای نمی کنند .

     



 

 

ذرات بتا :

 

 

 

  • اشعه بتای عناصر رادیو اکتیو از الکترونهایی تشکیل می شوند که با سرعت اولیه 60 تا 285 هزار کیلو متر در ثانیه از هسته اتم به خارج ساتع می شوند .

     

 

 

  • قابلیت نفوذی ذرات بتا از آلفا زیادتر است بر حسب سرعت اولیه انتشار آنها تغییر می کند اشعه بتای یک عنصر معین بر عکس اشعه آلفای آن که همه با یک سرعت معین و ثابت از هسته اتم خارج می شوند سرعت اولیه متفاوت دارند به همین علت در موقع تجزیه اشعه رادیو اکتیو در موقع عبور از بین صفحات الکتریکی یا قطب های مغناطیسی کلیه ذرات آلفا به یک اندازه انحراف پیدا می کنند یعنی ضمن انحراف اجتماع می نمایند در صورتیکه اشعه بتا ضمن انحراف واگرایی حاصل می کنند زیرا انحراف برای ذرات بتا با سرعت های مختلف متفاوت است .

     

 

 

  • برد ذرات بتا در هوا نیز متفاوت است و برای سخت ترین اشعه بتا (اشعه رادیوم) در حدود سه سانتیمتر است قدرت یونیزاسیون ذرات بتا از قدرت یونیزاسیون ذرات آلفا کمتر است زیرا هر چند که سرعت ذرات بتا از سرعت ذرات آلفا خیلی بیشتر است ولی کوچکی جرم ذرات بتا باعث می شود که انرژی سینیتیک آنها از انرژی سینیتیک ذرات آلفا خیلی کمتر باشد در اینجا یادآوری می کنیم که جرم الکترون در حال سکون «جرم سکون) در حدود یک بر1840 جرم اتم هیدروژن است و هنگامی که الکترون با سرعت زیاد به حرکت در آید افزایش می یابد بطوریکه جرم الکترونی که با سرعت 285 هزار کیلومتر در ثانیه حرکت کند بیش زا سه برابر الکترون ساکن می شود .

     

 

 

  • مواد رادیواکتیو مصنوعی از خود الکترون مثبت با پوزیترون (Positron) یا پوزیتون (Positon) منتشر می کنند که با تقریب علامت الکتریکی همان خاصیت اشعه بتا را دارد .

     

  • از اشعه بتای قوی در در مان بعضی از انواع سرطانهای سطحی ، سرطان زبان ، سرطان لب ، سرطان پستان و غیره استفاده می شود .

     

 



 

 

اشعه گاما :

 

 

 

  • این اشعه مانند اشعه آلفا و بتا ذره ای نیست و بار الکتریکی نیزندارد به همین سبب در میدانهای الکتریکی و مغناطیسی انحراف پیدا نمی کنند ماهیت آنها مانند اشعه ایکس و نور مرئی از جنس امواج الکترو مغناطیسی است با این تفاوت که فرکانس آن از اشعه ها ی دیگر بیشتر است بنابر این فوتون های اشعه گاما خیلی پر انرژی تر از اشعه ایکس هستند

     

     

     

     

     

     

     

     

     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

فرض می کنیم یک منبع رادیو اکتیو طبیعی ذرات آلفا و بتا و اشعه گاما ساتع نمایدذرات آلفا بوسیله چند ورق کاغذ متوقف می شود. ولی ذرات بتا و گاما بدون اینکه از شدتشان کاسته شود از آن عبور می کنند. یک ورقه آلومینیوم 0.25 اینچ می تواند هم ذرات آلفا وهم بتارا متوقف سازد. لیکن عبور اشعه گاما را فقط به مقدار ناچیزی تقلیل می دهد .
درحدود 2 اینچ سرب قسمت اعظم اشعه گاما راجذب می کند لیکن نمی تواند از عبور کلیه آنها جلوگیری کند.


به دلیل زیانهایی که تشعشعات رادیو اکتیو به بافت های بدن می رسانند قدرت نفوذی آنها از لحاظ نظامی ، پزشکی ، زیست محیطی ، صنعتی و... حائز اهمیت است .ررر



ضرورت تأسیس مركز PET در ایران
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 19:2 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

ضرورت تأسیس مركز PET

در ایران 

 

 

 

 

مقدمه :

 

 

دستگاه PET(Position Emission Tomography)  یا بعـبارتی دسـتگاه برش نگاری با نشر پوزیـترون یكی از سیستم های پیشرفته تصویربرداری می باشد كه توانمنـدیهای بی نظـیری در تشخـیص بیماریهای ســرطان ، مغز و اعصـاب و قلـب و عـروق از خـودنشـان داده است. در حـال حاضـر بیـش از پانصد وپنجاه مركز PET  در دنیـا ایجاد شـده كـه به ارائه خدمات كلیـنیكی مشغـول می باشـند. بیـشترین مـراكز PET  در كشـورهای امریكا ، آلمان و ژاپن میباشدو در منطـقه كشورهای عربستـان سعـودی ، تركــی ، رژیـم اشغالگر قدس دارای مـراكز PET  می باشند و اخـیراً در مـصر نیـز دو مـركز PET  فعـال شـده اسـت . بدلیـل نیم عمـر بسیار كم مواد رادیواكتـیو مورد استـفاده در PET ، این مواد رادیـواكتـیو بایـد توسـط سیكـلوترون در مـركـز PET  و یا در نزدیكی آن تولید شونـد و كشـور مـا ایـران یكی از نادر كشــــورهائـی اسـت كه علـیرغـم دارا بـودن سیكلوترون دارای مـركز PET  نمی باشـد.

 

 مبــانی عمـــلكرد سیســــتم PET :

 

 

 

اصـول تصـویـربرداری PET  برمبنای آشكارسازی فتـونهای حاصلـه از نابـودی جفتـهای پوزیترون و الكـترون میباشد، از اینرو رادیوایـزوتوپهای مورد استفـاده در PET  عبارتند از 11C ، 13N ، 15O و 18F  كه بترتـیب دارای نیم عمرهای 20 ، 10 ، 2 و 110 دقیــقه می باشـند و بهمـین دلـیل باید درمحـل و یا در نزدیكی مركز PET تولیـد شوند. چنانچه در نزدیـكی ( حدود 2 ساعت از نظر فاصله زمــــانی ) سیكلوترونی جهت تولیـــد این رادیـــوایـزوتوپها نباشــد مـركز PET بایـــد همـراه با سیســـتم PET  یك سیكلـــوترون نیز خریداری نمـــاید. خــــرید سیكـلوترن یك هزینه اضافی به مـركز PET  تحمـیل میكتـند و یكی از دلایل گسـترده نشدن مراكز PET  در دنیا، علیرغم قابلیـت های تشخیصی بی نظـــیرآن ، همـین هـزینه خرید سـیكلوترون می باشـد كه نوع پزشكـی و مورد نیــاز آن درحـدود 8/1 میـلیون دلار می باشـــد.

 

عناصـر رادیواكـتیو مذكور از نـظر شیمیائی  با نوع غــیر رادیو اكـتیوشــــان هیچـگونه تفـاوتی نـدارند و یكی از مزایای این عنــاصـر این اسـت كه از عـناصر اساسی ماده بیـولوژیكـی و همچنین مصالح ساختـمانی بیـوشیمی می باشـند و بطور طبــیعی در بدن انسان وجود دارند و حتی هوایی كه استـنشاق می كنـیم تركیبی از كربن ، نیتروژن و اكسـیژن می باشد. بعضـی از این رادیوایـزوتوپها بصـورت مستقـــیم و یا با برچسب شدن با داروها و مـــوادی كه جذب اركان و یا موضـــع خاصی از بدن میـشوند و یا برای بررسی شرایط خاصـی از نارسائی بكار مـیروند مصـرف میشوند پس از اینكه رادیودارو بصورت تـزریق و یا بصــورت گاز از طـریق تنـفسی به بیـمار داده شـد این رادیو دارو جذب اركان و یا محل مورد تصویررداری میـشود و با توجه به شـرایط بیـماری در اركان مورد بررسی توزیع و جذب می شود این رادیوداروها از خود پوزیـترون سـاطع می كنند و پوزیـترونها با الكترونها جفت شـده و نـابود می شـوند كه حاصل نابودی هر جفـت پوزیترون و الكـترون دوپرتو پرانـرژی ( KeV 511 ) در جهت مخالف می باشند. بنابرایـن تعـــداد زیادی از جفت پرتوهای وابسته در جهات مختـلف از بدن بیمار ساطع میشود.چنانچه در اطراف بیمار آشكارسـازهائـی قرار كّیرد با آشـكاركردن این پرتوها، میتـوان تصـویری سه بعدی از تـوزیـع رادیوداروها در اركان مـورد بـررسی بدسـت آورد كه با استفـاده از آن میــتوان به وجـود نارسائـی و یا بیماری پی برد. در سیســـتم PET  از تعداد زیادی از كریستالهای آشكارساز ( بین 8000  تا 12000 ) استفاده میـشود. بــدلیل استفاده از تعداد زیادی از كریستالهای آشكارساز و قطعات الكترونیك مربوطه سیستم PET  نسبت به دیكّر سیسـتم های تصویربرداری كّرانتر می باشـد و با تـوجه به تعداد حلـقه های آشكـارسازهای كریستـالی قیمت این سیــــستم بین 800000 هزا ر تا 6/1 میلیون دلار می باشد.

 

مزایای PET  :

 

چنانچـه بخواهیم سیســـتم PET  را با سیستم SPECT كه هم اكنـون متـداولـــترین سیستـــم در بـــخش های پزشكی هســته ای می باشـــد مقــایسه كنــیم مــوارد زیـــر بایــد مـــورد توجــه قــرار كّیرنـــد :

 

1- قدرت تـفكیك مكانی سیســتم PET   كه همانا قابلیت سیــستم در نشـان دادن جـز ئیات اركان مـورد مطالعه در تصویر می باشـد در حدود 4 الی5 میلـیمتر می باشـد كه دو بـرابـر بهـتر از قـدرت تفكیك مـكانی SPECT  اسـت .

 

 2- بهـره وری PET   به مراتب بهـــتر از سیستــم SPECT می باشد كه بــــاعث وضـوح و كنـتراسـت بیشتر تصاویر می باشـد.

 

3 - بدلیـل امكان تصحیح برای جذب پرتوها در PET ، آنالیز كمی اطلاعات امكانپذیر می شود كه كاربردهای زیادی در تعیین مرحله بیماری دارد.

 

 4- در PET عـلاوه بر امكـان مطـالعه فـرآیند فیـزیولوژیكی بافـت و یا اركان مـورد مـطالعه امكان مطـا لعه متابولیسـم و بیوشــیمی بافت مورد بـررسی وجـود دارد كه این قابلیت برجسـته ترین مزیت این سیـستم اسـت كـه آنرا از دیگر سیستم های تصویربرداری مـتمایز می سـازد. در بحث كاربردهای تشـخیصی بـیشتر بـه این قـابلیـت ارزنده اشاره خـــواهد شـــد.

 

كاربردهای كلینیكی PET :

 

با توجه به رادیونوکلئید های مورد استفاده در PET میتوان متابولیسم اکسبژن را اندازه گیری نمود و با برچسب نمودن گلوكز به فلورین رادیوداروی 18FDG   بدست می آید كه در بررسی های متابولیسم گلوكز بافت و یا اركان مورد مطالعه استفاده می شود.

 

 

 

كاربرد PET  در سرطان :

 

 

در بیشتر نارسائـیها و بیماریها قبل از اینكه تغییرات آناتومیك د ربافت ایجاد شود تغیـــیراتی در متابولیسم رخ مـیدهد از ایـنرو بر خلاف سیستم های تصویربرداری مرسوم یعنی CT و MRI  كه تغیـــیرات آناتومیكی و یا SPECT كه تغـییرات فـیزیـولوژیكی را اندازه گیری می كند با استفاده از سیــستم PET  ما قـادر خواهیم بود كه بـیماری را در مـراحل اولـیه تشخیص دهیم و از پیشرفـت بیمـاری جلوگیری و بـه درمان آن بپردازیم و چنانچه میدانیم در مـورد سرطان تشخیص زود هنگــام برای درمان از اهمیت حیاتی برخوردار اسـت .بسیـار شنیده  میشود كه پس از جراحی تومور سرطانی از مغــز ، تــومـور دوباره رشد كرده و مجدداً بـیمار را دچار مشكل می كند. این وضعیـت به این دلیل پیش می آید كه با استفاده از سیستم های تصــــویربرداری موجود فـقط میتوان توده تومور تشخیص داد و جراح با استـفاده ا زتصـاویر مـزبور تنها تـوده تـومور را خارج می سازد. در صورتیكه با استـفاده از PET  نه تنها موضع تومور مشخص می شـود بلـكه جهـت و شـرایط پیشروی آن نیز مشخص مـیگردد. چنانچه میـدانیم نرخ متابولیـــسم كّلوكـز در بافتهــای سـرطانی بـالا مـــیرود. از اینرو بافتهایی كه مبـتلا به سلولهای ســـرطانی شـــده اند هـر چند ممكن اسـت با سیـــستم های تــصویربرداری دیگر قابل تشخیص نباشنـد با سیـــستم PET  و بررسی متـابولیسم قابل تشخیص می باشـند و لذا جراح امكان می یابد تا بمـوقع بافتــهای مـــزبور را نـیز خارج سازد .

 

با استفاده از سیستم PET  میـــتوان صحت روش درمان انتخـاب شـده برای بیماران سـرطانی را نیز ارزیابی نمود. مشاهده اثرات درمانهای رادیوتراپی و شیـمی درمانی بصورت تغـییرات آناتومیك در تــومـور نیازمند مدت زمانی طولانی است تا بتوان با روشـهای مرسوم تصویربردرای آنها را تشخیـص داد درحالیكه چنانچه روش درمان تجویز شده مـناسب باشـد پس از مدت كوتاهی میتوان كاهش متـابولیســــم گلـوكز تومور را توسط PET  مشاهـده نمود. در مقـابل چنانچه كاهـش متابولیـسم وجـود نداشتـه باشد نشانـه این اسـت كه روش درمان تجویز شده مـوثر نیــست و باید روش دیـــگری را جهت درمان انتـخاب نمـود. اطـلاعات زود هنگامی كه تـوسط PET  قابل دسترسی می باشند برای نجات جان بیـمار بسـیار حیاتی اند. سیســتم PET  در تشخـیص انـواع سرطانها و بخصوص سـرطانهای ثانـویـه   ( متااسـتازها ) نسـبت به دیگر ســیستم های تصـــویربرداری برتری قابل توجهی دارد. نمـودارهای زیر شاخص برتری تشخیص سیستم PET  نسبت به CT اسكن برای تشخیص سـرطانـهای ریه و كولن و دسـتگاه ماموگرافی بـرای تشخیص سـرطان پستان می باشد.

 

PET  در تشخیـص كانونهای متـااستـاتیك ( سرطانهای ثـانویـه ) از قـابلـیت بسیار خوبی نسبت به بقیه دستگاههای تشخیـصی برخوردار اسـت و چه بسا با اسكن تمام بدن توسط PET   و پی بردن به كاتونه متعـــدد ســـرطانهای ثانویه در بـدن ضــرورت انجام عمل جراحی جهت خارج ساخـتن تـوده تـومـور اصلی، تغیـــیر می كند و از صـرف هزینـه اضـافی و انجـام یك عمل جراحی بیهـوده جـلوكّیری می شـود.

 

كاربرد PET   در كاردیولوژی ‏:

 

با اسـتفاده از PET  مـیتوان جریان خون و متابولیسم ماهیچـه قلب را بررسی نمـود PET  دقیقـترین سیـــستم برای تـشخیص وجود و یا عـدم وجــود بیماری كرنر می باشــد و در عــین حال با مطالعه مـتابولیـــسم ماهیـــچه قلب می توان به زنـده بودن بافـت پی برد. چه بـسیار بیمارانی كه بخـشی از بافت ماهیـجه قلب آنهـا مرده است و عمل بای پس و خونرسـانی به آن موضـع هــــیچگونه منافعی برای بیـمار ندارد وچنانچه متـــابولیــــسم ماهیـچه قلـب ایــن بیماران قـبل از عمل جراحی توسط سیـــستم PET   بـررسی شـود میتوان از یك عمل جراحی عمـده كه در كنـار مخاطرات باعث رنجش بیـمار و نیـز صـرف هـزینـه های بی مورد می شـود جلـوگــیری نمـود. بنـابراین با استفاده از تصاویر PET   نه تنها میـتوان آن دستـه از بیمـاران قلـبی كـه از عمل جراحی بهـره ای نمی بــرند را از دیگران جدا نمود بلكه پس از عمل میتـوان میزان موفقیت عمل جراحی را نیز ارزیابی نمود.

 

 كاربرد PET  در نورولوژی :

 

بدلیل كاهـش متابولیسـم در بخـشهایی از مغز در مراحل اولـیه بیماری، اسكن PET  قادر است " چندین ســــال قبل از اینكه پزشكی بتواند توسـط روشهای مرسـوم بیماری فراموشی را تشخـیص دهد " نارسائـیهـــائی را كه شاخص این بیماری است را نشان دهـد. PET  بیماری پاركینـسون ( لقمه ) را نـیز بـهتر از بقیه سـیستم های تصویربرداری نشان میـدهد. در كانونهـا ی حمله ای صرع در مغـز كودكـان متابولـیسم گلوكـز كاهش می یابـد وچنانچه شرح داده شد فقط در تصاویر PET   میتوان تــغییرات متابولیـسم را مشاهده نمـود. جراح مغز فقــط با كمك تـصاویر PET  میــتواند محل دقیـق كانونهـای حمـله صـرع در مغز را مشخص نمـوده و بـرای خـارج نمودن آنها  و مـداوا ی بیـــمار اقــــدام نماید.

نتیجه گیری:

با توجــــه به قابلیــــتهای تشخیــــصی PET  كه به عمده ترین آنها به اختصــــار اشـــاره شـــد اینــــجا یك مــــركز PET   در كـشور جــــهت ارائـه خــــدمات پیشرفـــته پزشكی و كـمك بـه ارتقـاء سطح درمان در كشــور و جلوگیری ا زاعزام بیمـــاران به خارج از كشور بـاید مـورد تـوجه قرار گیرد. مقرون به صـرفه بودن تجویز تصـویربرداری PET  برای گروهـی از بیماران بگونه ای است كه در بسیاری از كشـورهای پیشرفته سازمانهای بیمـه برای كاهش هـزینه های درمانی هـزینه اسكن PET  را كه بـین 1800 تا 2000 دلار می باشـد را تقبـل كرده اند . بطور خلاصه میتوان گفــت كه دستــگاه PET  نه تنهـا در صـرفه جویی در خدمـات درمانی موثر اسـت بلكـه بكارگیری این ســیستم باعـث نجات جان انسـانها مـیشود.



واحدهای اندازه گیری تشعشع
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 19:0 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

واحدهای اندازه گیری تشعشع

هر یک از حوزه‌های تخصصی فعالیتهای آدمی که برای پیگیری نیازمند کمی شدن باشد، باید توصیفهای معنی داری از خاصیت یا کمیت مورد اندازه گیری را تثبیت کند. علم تابش و بیوفیزیک تابش نیز از این قاعده برکنار نیستند. هر رشته می‌خواهد مجموعه‌ای از واحدهای مربوط به خود را با تعریفهای خاص بوجود آورد. کمیته بین‌المللی اوزان و مقادیر کار بهینه سازی ، توصیف همه کمیتها و واحدهای مورد استفاده در علوم را بر عهده گرفته است. واحدهای جدید که با مخفف SI برای عبارت System International توصیف شده‌اند، اکنون در اغلب کشورهای جهان بکار می‌روند

.

 

 

 

واحدهای بنیادی

 

 

 

واحدهای ویژه

 

 

 

تعاریف تابش

 

ذرات مستقیما یوننده

 

این ذرات عبارتند از ذرات باردار با انرژی جنبشی کافی برای تولید یونش ناشی از برخورد . این انرژی حتما باید بیش از کمینه انرژی بستگی در محیطی باشد که در آن برهم کنش صورت می‌گیرد، مانند پرتوهای گاما و ایکس.

 

ذرات یوننده غیر مستقیم

 

ذرات بدون باری هستند که می‌توانند بر اثر برهمکنش جنبشی با محیط ، ذرات یوننده آزاد کنند و یا می‌توانند یک تبدیل هسته‌ای را راه بیاندازند. مثلا نوترون می‌تواند با محیط برهمکنش نماید و پرتو نهایی با انرژی جنبشی زیاد یا هسته‌های اتمی تولید کند.

 

واحد پرتوگیری ایکس

 

واحد پرتو گیری ایکس بنابر تعریف ، عبارت است از خارج قسمت Q∆ بر m∆ . که در آن Q∆ مجموع بارهای الکتریکی همه یونهای هم ‌علامت است که پس از توقف کامل همه الکترونهای آزاد شده توسط فوتونها در عنصری حجمی از هوا به جرم m∆ تولید می‌شود. واحد ویژه پرتو گیری قدیمی‌تر از دستگاه جدید SI ، رونتگن (R) است. یکای جدید برای پرتوگیری در دستگاه SI وجود ندارد و رونتگن بیشتر در متون قدیمی دیده می‌شود.

 

 

واحد دوز جذب شده

 

دوز جذب شده (D) عبارت است از خارج قسمت ED∆ انرژی است که تابش یوننده به جرمی مانند m∆ از ماده در یک عنصر حجم منتقل می‌کند. واحد ویژه دوز جذب شده که تا سال 1972 به صورت گسترده بکار می‌رفت، راد بود. راد هنوز هم کاربردی گسترده‌ای دارد، اگر چه یکای ویژه جدیدی به جای آن معرفی شده است. یکای ویژه در دستگاه SI گری (GY) است. گری عبارت است از جذب یک ژول در یک کیلوگرم (1GY=1JKg-1). گری به‌ تدریج در نوشته‌های جدید به جای راد می‌نشیند. تبدیل راد به گری راحت است، زیرا هر یکگری برابر است با 100 راد.

 

انرژی انتقال یافته

 

انرژی انتقال یافته (ED∆) عبارت است از اختلاف ما بین مجموع انرژیهای (EE∆) تمام ذرات مستقیم یا غیر مستقیم یوننده‌ای که به یک عنصر حجم وارد می‌شوند و مجموع انرژیهای (EL∆) همه ذراتی که آن را ترک می‌کنند و برای هر گونه تغییر در جرم سکون (ER∆) که در واکنشهای هسته‌ای یا ذرات بنیادی در این عنصر حجم صورت می‌گیرد، تنظیم شده‌اند. واحد انرژی انتقال یافته ، گری یا راد است.

 

دوز معادل (H)

 

دوز معادل (H) عبارت است از حاصلضرب دوز جذب شده (D) ، عامل کیفیت (Q) ، عامل توزیع دوز (N) و هر عامل اصلاح کننده دیگر . H = DxQxN ، واحد ویژه H (دوز معادل) به واحد ویژه بکار رفته برای D بستگی دارد. مثلا: اگر D بر حسب راد باشد، واحد ویژه H بر حسب رم است و مقدار عددی دوز بر حسب رم برابر است با راد ضربدر عاملهای اصلاح مناسب N و Q. هیچ علامت اختصاری برای یکای رم وجود ندارد. اگر D بر حسب گری بیان شود، واحد ویژه H "سیورت" است. و دوز بر حسب سیورت به لحاظ عددی عبارت است از دوز بر حسب گری ضربدر همان عاملهای اصلاح مناسب. علامت اختصاری سیورت SV است.

 

تاثیر گذاری نسبی زیست شناختی

 

RBE مربوط به یک تابش خاص عبارت است از نسبت دوز جذب شده یک تابش مرجع (DR) به دوز جذب شده تابش مطلوب (DX) برای دستیابی به همان تاثیر گذاری زیست شناختی. اصلاح RBE در کارهای تجربی زیست شناسی تابش و سایر زمینه‌های مربوط بکار می‌رود. این ضریب با عامل کیفیت که در دوز معادل بررسی شد مرتبط است، اما با آن همسان نیست. برای تعریف RBE ، باید سطح تاثیر زیست شناختی و ماهیت مرحله نهایی زیست شناختی بکار رفته در تعریف را صریحا مشخص کرد.

 

انتقال خطی انرژی

 

انتقال خطی انرژی (LET) برای ذرات باردار در هر محیط ، بنا به تعریف عبارت است از خارج قسمت dEL بر dEL dEL میانگین انرژیی است که ذرات باردار با انرژی معین در عبور از مسافت dL به صورت موضعی به محیط منتقل می‌کنند. LET شکل محدود شده "توان توقف" در فیزیک است. ابعاد LET ، انرژی به ازای واحد طول است.

 

 

 

 


 

 

جریان الکتریکی که واحد بنیادی آن آمپر است. دستگاه SI را گاهی دستگاه کیلوگرم - متر - ثانیه ، نیز می‌نامند

 

هر واحد برای توصیف کمیتهای فیزیکی را می‌توان به اندازه‌ گیری چهار کمیت بنیادی تقلیل داد. این کمیتها با یک مقدار عددی و یک واحد توصیف می‌شوند. این کمیتهای بنیادی و واحدهایی که برای توصیف آنها اختیار شده‌اند، عبارتند از: جرم با واحد بنیادی کیلوگرم ، طول با واحد بنیادی متر ، زمان با واحد بنیادی ثانیه و .

رادیواکتیویته (پرتوزایی) و "گری" واحدی که دوز تابش را تعریف می‌کند

 

علوم تابش با تعداد زیادی واحدهای ویژه یعنی واحدهایی مشخص می‌شود که نام آنها در قالب کمیتهای بنیادی بیان نشده است. در کمیسیون بین‌المللی واحدها و اندازه‌گیریهای تابش (ICRU) در سال 1975 پیشنهاد شد که واحدهای ویژه بتدریج از دور خارج شوند و حتی‌الامکان واحدهای SI جایگزین آنها شوند. ICRU دو واحد جدید را برای اندازه‌گیری تابش پیشنهاد کرد. "بکرل" که عبارت است از واحدی برای توصیف .



شتاب دهنده
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 18:58 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

شتاب دهنده

 

امروز سوخت و انرژی در دنیا به چند دسته کلی تقسیم می شوند. سوخت های فسیلی و سوخت های غیرفسیلی و انرژی های تجدید پذیر و غیرقابل تجدید.

سوخت های فسیلی

 


 

 

انواع دیگر انرژی

 

انواع دیگر انرژی عبارتند از: انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی زمین گرمایی و انرژی بیوگاز که مشکل بزرگ این انرژی تجدیدپذیر اینکه بازده انرژی اینها پایین است و دوم اینکه دائمی نیستند و سوم اینکه تکنولوژی بشر برای استفاده مقیاس زیاد از اینها تکمیل نیافته است. ما در این مقاله سعی می کنیم جدیدترین طرح تولید انرژی که شاید یکی از منابع انرژی قرن ۲۱ باشد را معرفی کنیم. این طرح تولید انرژی عبارت از شتاب دهنده ذرات اتمی برای تولید انرژی زیاد، عملکرد این سیستم و دستگاه براساس استفاده از میدان های الکتریکی و مغناطیسی برای شتاب دادن و کنترل ذرات باردار الکتریکی تا مرز سرعت نور است. این سیستم ها قادر هستند سرعت الکترون ها و پروتون ها را تا مرز سرعت نور شتاب دهند. وقتی ذرات تا این حد شتاب یافتند سطح انرژی آنها چند میلیون برابر می شود و دارای انرژی عظیم و فراوانی می شود. یک مثال نشان دهنده این مطلب است، به عنوان مثال شتاب دهنده پروتون در آزمایشگاه فرمی آمریکا قادر است ذرات پروتون را تا یک تریلیون الکترون ولت (Tev) شتاب دهد.


اگر ما به وسیله این شتاب دهنده پروتون های یک گرم هیدورژن معمولی که در آب زیاد است را تزریق کنیم و شتاب دهیم انرژی پروتون ها برابر خواهد بود با انرژی ۲۶ میلیارد کیلووات ساعت انرژی، که مساوی است با انرژی تولید شده به وسیله شکافت حدود ۱۲۰۰ کیلوگرم اورانیوم یا ۱۵ میلیون بشکه نفت. همه این انرژی عظیم و غیرقابل باور فقط به وسیله شتاب دادن پروتون های یک گرم هیدروژن تا سطح انرژی یک تریلیون الکترون ولت است. پس با این محاسبات دانستیم که شتاب دهنده ها دارای چه قدرت عظیمی هستند.

انواع شتاب دهنده

 

شتاب دهنده ها به چند دسته کلی تقسیم بندی می شوند:

 

  1. شتاب دهنده های خطی

     

  2. شتاب دهنده های مداری

     

  3. شتاب دهنده سیلکووترون

     


 

  1. می توان در ابعاد و اندازه های مختلف ساخت.

     

  2. هزینه ساخت و نگهداری آن کم بوده است.

     

  3. هیچ گونه زباله یا آلودگی محیطی تولید نمی کند. محصول نهایی آن آب خالص یا بخار آب است.

     

  4. با استفاده از این دستگاه عملاً عمر منابع انرژی نامحدود می شود و منبع عظیمی از انرژی در دسترس خواهد بود.

     



 

 

در حوزه ذرات

 

  1. الکترون ولت: واحد انرژی است و برابر انرژی یک الکترون یا پروتون وقتی از اختلاف پتانسیل یک ولت عبور کند برابر است با ۱۹-۱۰*۶/۱ ژول

     

  2. یک گرم هیدروژن ۱۰۲۳ * ۰۲/۶ اتم بوده که به آن یک اتم گرم یا یک مول هیدروژن گویند.

     

اگر این مقدار هیدروژن از شتاب دهنده یک (Gev) عبور کند معادل انرژی آن برابر خواهد بود:

ژول ۱۰۱۳*۶/۹=۱۰۹*۱*۱۰۲۳*۰۲/۶* ۱۹-۱۰*۶/۱

یک کیلووات ساعت برابر است با ۰۰۰/۶۰۰/۳ ژول. بنابراین انرژی آن برابر است با ۲۶ کیلووات ساعت.

۱۰۱۳ *۶/۹ ژول تقسیم بر ۰۰۰/۶۰۰/۳ مساوی ۱۰۵*۲6

 

 

 

شتاب دهنده خطی
در آزمایشگاه های کوانتمی از ذرات باردار پرتوزایی یا ذرات بنیادی مانند آلفا، بتا، پوزیترون، موئون ها و... برای بررسی خواصشان استفاده می شود. همچنین از ذرات آلفا، پروتون و دوتریم که دارای بار مثبت هستند، برای شکافت هسته ای استفاده می شوند. اما هنگامی که این ذرات را به سوی هسته می فرستیم، بر اثر نیروی دافعه الکتروستاتیکی بین هسته و ذرات نامبرده، این ذرات دفع می شوند و در نتیجه شکافتی صورت نمی گیرد. برای ایجاد شکافت هسته از طریق بمباران کردن ذرات نامبرده، بایستی سرعت و انرژی این ذرات را افزایش دهیم. برای این کار از دستگاه شتابدهنده خطی یا سیکلوترون خطی استفاده می کنیم.
این دستگاه از مجموعه از چند استوانه فلزی با اندازه های متفاوت تشکیل شده است به طوری که اگر از اولین استوانه کوچک شروع کنیم با پیشروی،طول این استوانه ها افزایش می یابد. این استوانه ها به جریان الکتریکی متناوب متصل اند. نوع بار الکتریکی استوانه ها به طور یک در میان یکسان تغییر می کند.
هنگامی که یک ذره مثبت به اولین استوانه می رسد، استوانه بار منفی می گیرد و در نتیجه بار مثبت به سمت صفحه استوانه تمایل پیدا می کند، اما همین که ذره به صفحه نزدیک شد، نوع بار صفحه از منفی به مثبت تبدیل می شود ( چون جریان متناوب است )، پس ذره دفع می شود، و از طرف استوانه بعدی بار منفی دارد، و در نتیجه ذره به سمت استوانه بعدی جذب می شود، اما همین که به صفحه استوانه بعدی رسید، نوع بار استوانه تغییر می کند و با این تغییر، ذره به استوانه بعدش منتقل می شود. این فرایند در طی عبور ذره باردار از استوانه تکرار می شود تا اینکه سرعت آن به حد مورد نیاز برسد.

 

 

 

شتاب دهنده معمولی

 



 

شتاب دهنده‌های با انرژی میانی: ‏

 


 

 

مکانیزم کار شتاب‌دهنده‌ معمولی:‏

 


 

  • ذره فرودی به هسته برخورد می کند سپس در یک جهت متفاوت از ‏مسیر اول آن را ترک می‌کند. در صورتی که در حالت و ترکیب هسته ‏تغییری حاصل نشود. این فرآیند را کشان می‌نامند.‏

     

 

 

  • در اثر برهم کنش ، هسته به یک حالت بر انگیخته گذر می‌کند. که ‏متعاقبا با گسیل اشعه گاما به یک حالت پایدارتر «حالت پایه) بر می گردد. ‏ذره فرودی منحرف شده و انرژی جنبشی از دست می دهد. این نوع ‏فرایند را ناکشسان می باشد.‏

     

 

 

  • هسته فرودی را گیر می اندازد و سپس یک ذره دیگر (یک فوتون) گسیل ‏می کند. این فرآیندها از اجزای قابل توجه واکنش‌های هسته‌ای هستند.

     

 

 

  • در کلیه آزمایشگاهها احتمال رخداد هر یک از فرآیندها مقدار معینی ‏هستند. که با شمارش تعداد آشکار شده در جهات مختلف و مقایسه آن ‏با تعداد ذرات فرودی این احتمال‌ها اندازه‌گیری می‌شود


     

     
  • نظرات (

 

 

 

شتاب‌دهنده‌های همانند خطی و سیکلوترونها‌ به ویژه برای مطالعات ‏واکنش های هسته‌ای مفیدند که به طور عمده ذرات را تا انرژیهای ‏متوسطی شتابدار می سازند. ‏

 

 

سوخت های فسیلی عبارتند از: نفت، گاز و زغال سنگ که با اکسیژن هوا ترکیب می شوند و ایجاد انرژی به شکل حرارت می کنند. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دیگر انرژی کمتر تولید می کنند. مثلاً یک کیلوگرم زغال سنگ حدود ۸ کیلووات ساعت انرژی تولید می کند و یک کیلوگرم نفت حدود ۱۲ کیلووات ساعت انرژی تولید می کنند. این سوخت ها آلوده کننده محیط زیست نیز هستند.

به علاوه جزء ذخایر غیرقابل تجدید بوده و دارای مشکلات زیادی در حمل و نقل ایمنی نیز هستند. مانند گازگرفتگی (خفگی) یا تولید گاز سمی منوکسید کربن. دسته دیگر از سوخت ها شامل سوخت های هسته ای هستند مانند اورانیوم یا پلوتونیوم یا ایزوتوپ های هیدروژن مانند دوتریوم یا تریتیوم یا فلز سبک لیتیوم. این سوخت ها در مقایسه با سوخت های دسته اول دارای امتیازات مثبت و منفی هستند. اول اینکه در این سوخت ها بعضی ایزوتوپ ها توانایی تولید انرژی به وسیله تکنولوژی فعلی بشر را دارد مانند ایزوتوپ های کمیاب اورانیوم ۲۳۵ یا پلوتونیوم ۲۳۹ یا اورانیوم ۲۳۳ که به این ایزوتوپ ها شکاف پذیر می گویند. امتیازات اینها عبارتند از تولید مقادیر زیاد انرژی به وسیله حجم کم ماده سوختنی. مثلاً از یک کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ یا پلوتونیوم ۲۳۹ می توان مقدار ۲۳میلیون کیلووات ساعت گرما ایجاد کرد، اما مشکلاتی نیز دارند از آن جمله این که: غنی سازی و تولید این ایزوتوپ ها مشکلات و هزینه زیادی دارند. دوم اینکه، این سوخت های هسته ای سنگین پس از تولید انرژی مقادیر زیادی ایزوتوپ های پرتوزا از خود به جای می گذارند که به زباله های هسته ای موسوم است.

این زباله ها برای محیط زیست و سلامت افراد خطرناک هستند و باید برای صدها سال در انبار های محکم نگهداری شوند تا رادیواکتیو آن از بین برود. دسته دیگر از سوخت های هسته ای شامل عناصر سبک مانند دوتریوم یا تریتیوم یا لیتیوم هستند که قرار است در راکتور های گداخت یا همجوش هسته ای تولید انرژی کنند. البته تاکنون از اینها در بمب های هیدروژنی بهره برداری نظامی و تسلیحاتی می شد، اما برای تولید انرژی برای مصارف صلح آمیز تکنولوژی راکتور های گداخت باید تکمیل شود، این سوخت ها معایب و مزایای فراوانی دارند. اول تولید نوترون و تشعشعات نوترونی می کنند که باید در راکتور های همجوشی هسته ای به نحوی جذب و کنترل شوند دوم اینکه تریتیوم نباید از راکتور نشت کند زیرا یک ایزوتوپ رادیواکتیو است.مزایای این سوخت ها عبارت از این که فراوان در دسترس هستند و دوم اینکه تولید انرژی زیادتری نسبت به اورانیوم یا پلوتونیوم می کنند. مثلاً انرژی حاصل از گداخت هیدروژن به هلیوم مساوی است با ۱۷۷میلیون کیلووات ساعت در صورتی که انرژی حاصل از اورانیوم برابر است با ۰۰۰/۰۰۰/۲۳ کیلووات ساعت. بنابراین یک کیلوگرم هیدروژن حدود ۸ برابر یک کیلوگرم اورانیوم تولید انرژی می کند.



سطح انرژی هسته‌ای
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 18:54 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

 

 

سطح انرژی هسته‌ای

 

 

دید کلی

 

واکنشهای هسته‌ای ، چه خود بخودی و چه القایی ، منجر به تغییر انرژی می‌شوند. مقدار Q یا انرژی در یک واکنش هسته‌ای به مقدار انرژی آزاد شده یا جذب شده در طول واکنش مربوط است. انرژی پیوندی فرم ساده مقدار Q در واکنشهای خاصی است که با تشکیل یک هسته از نوکلئونهای تشکیل دهنده آن سر و کار دارد. این دو کمیت مشابه کمیتهای ترمودینامیکی آنتالپی یک واکنش (H∆) و  تشکیل (Hf∆) می‌باشد.

 

 

 

رابطه جرم - انرژی

 

در اوایل قرن بیستم ، "انیشتین" معادله جرم و انرژی را بیان نمود: E = mC²

می‌دانیم که در هر فرآیند ، مقدار کل ماده و انرژی ثابت است و ماده و انرژی ، قابل تبدیل به یکدیگر هستند. در فرآیندهای معمولی شیمیایی ، تبدیل ماده به انرژی به اندازه‌ای کوچک است که قابل اندازه گیری نیست. با وجود این ، این امر برای فرآیندهای هسته‌ای که با تغییرات بزرگتر انرژی در مقایسه با واکنشهای شیمیایی سر و کار دارند، صادق نیست.

در این قسمت ، رابطه‌های جرم - انرژی برای هسته‌ها و برای واکنشهای هسته‌ای مورد بحث قرار می‌گیرند.

 

تغییرات انرژی در واکنشهای هسته‌ای

 

مقدار Q برای یک واکنش هسته‌ای ، از طریق تفریق جرمهای کلیه محصولات واکنش از جرمهای کلیه واکنش دهنده‌ها و تبدیل ∆ )جرم) بدست آمده به واحدهای انرژی محاسبه می‌شود. همچنین ممکن است مقادیر اضافه جرم را به جای جرمهای حقیقی بکار برد.

)=Q  مجموع جرمهای واکنش دهنده‌ها - مجموع جرمهایمحصولات (931.5Mev/dalton)

که در آن ، جرم بر حسب دالتن است.

 

 

فروپاشی مدار بسته برای محاسبات جرم - انرژی

 

جرمهای نوکلیدی تهیه شده تجربی در مورد بسیاری از نوکلیدها ، مخصوصا گونه‌های رادیواکتیو با عمر کوتاه قابل دسترسی نیستند. بنابراین ، از نظریه‌های غیر مستقیم یا تجربی برای محاسبه جرمهای نوکلیدی یا مقادیر انرژی مورد نیاز استفاده می‌گردد. یکی از روشهای غیر مستقیم بکار رفته برای این منظور ، دیاگرام فروپاشی مدار بسته است. چهار نوکلید مختلف در چهار گوشه یک مربع قرار داده می‌شوند. یکی از این نوکلیدها ، مادر سه نوکلید دیگر است.

 

معادله نیمه تجربی انرژی پیوندی

 

یک معادله نیمه تجربی برای محاسبه انرژیهای پیوندی برای نوکلیدهایی که جرم نوکلیدی آنها معلوم نبود، در سال 1935 بوسیله C.F.Von Weisacker پیشنهاد گردید. این معادله براساس مدل قطره مایع هسته می‌باشد و انرژی بستگی را به صورت مجموع پنج عبارت که تنها توابعی از Z و A هستند، بیان می‌کند.

ثابتهای معادله از طریق انطباق معادله تجربی با انرژیهای پیوندی بستگی معلوم تعیین شدند. برای هسته‌های با A>40 ، توافق بین مقادیر حقیقی حاصل از بکار بردن جرمهای نوکلیدی تجربی در معادله عادی BE و مقادیر پیش بینی شده غالبا بهتر از %1 است.

 

 

 

دیاگرامهای سطح انرژی هسته‌ای

 

معادله نیمه تجربی همچنین می‌تواند به صورت تابعی درجه دوم از Z مجددا نوشته شود. چنانچه نموداری از این معادله به نحوی ترسیم گردد که انرژی پیوندی روی محور عمودی و Z روی محور افقی قرار گیرد، هذلولی تنهایی برای مقادیر ثابت A فرد و دو هذلولی برای مقادیر ثابت A زوج بدست می‌آیند. در این نمودار ، مقدار انرژی پیوندی در جهت پایین افزایش می‌باید. این هذلولیها ، هذلولیهای انرژی پیوندی ایزوبار یا دیاگرامهای سطح انرژیهسته‌ای نامیده می‌شوند.

واژه دیاگرام سطح به این دلیل اتلاق می‌گردد که این هذلولیها برشهایی در میان یک نمودار سه بعدی انرژی پیوندی ، عدد اتمی و تعداد نوترون هستند که دارای یک سطح موجی می‌باشند. چنین نمودارهای سه بعدی "سطح انرژی پیوندی" ، توضیح می‌دهند که هسته‌های پایدار در دره پایداری که از خط پایداری بتا تبعیت می‌کند، قرار می‌گیرند.

 

 

 

 

 



سالیابی هسته‌ای
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 18:52 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

سالیابی هسته‌ای

 

 


 

 

پدیده فروپاشی رادیواکتیو بطور گسترده برای تعیین فواصل زمانی در تاریخ موجودات زنده ، آبهای طبیعی ، سیستم‌های صخره‌ای شهاب‌ها و تکامل منظومه شمسی مورد استفاده قرار گرفته است. فروپاشی رادیو نوکلئد یک سنجش بسیار دقیق است که مدت زمان آن در اثر تغییرات شکل شیمیایی ، دما ، فشار یا دیگر پدیده‌های فیزیکی طبیعی تغییر نمی‌کند.

ثابت فروپاشی و لذا نیمه عمر رادیو نوکلید ، تنها برای چند رادیو نوکلید ، معدود که از طریق جذب الکترون فروپاشی می‌کنند ، با شکل شیمیایی تغییر می‌یابد. چنانچه در یک زمانی در گذشته t0 مقدار یک رادیو نوکلید موجود N0 بوده و بعد از یک مدت زمان ، t1 مقدار رادیو نوکلید باقی مانده N1 باشد ، قانون فروپاشی زیر در آن بکار خواهد رفت:

 

N1=N0-eλ(t0-t1 )

 


که در آن λ ثابت فروپاشی برای رادیو نوکلید مادر است. این معادله همچنین می‌تواند برای فواصل فروپاشی (t0-t1) بصورت زیر حل می‌گردد:

 

 

 

t0-t1= (1/λ)Ln(N0/N1)

چنانچه مقادیر رادیو نوکلید در هر دو زمان و ثابت فروپاشی λ معلوم باشد ، فواصل زمانیt0 - t1 می‌تواند محاسبه گردد. چنانچه t1 زمان حال (t1=0) باشد ، واضح است که N1 می‌تواند مستقیما در نمونه‌ای قابل دسترس اندازه گیری شود. مساله در اینجا دانستن مقدار رادیو نوکلید N0 در زمان قبل t0 است. دو روش تعیین N0 به تعریف دو نوع اساسی روش‌های سالیابی هسته‌ای کمک می‌کند: ساعت فروپاشی تعادلی و ساعت انباشتگی.

 

 

ساعت فروپاشی تعادلی

 

این ساعت را می‌توان مشابه سیستمی‌در نظر گرفت که در آن در یک سطل معلق در یک سطح تعادل نگهداری می‌شود ، چرا که آب از دست رفته از سطل در اثر نشست ، بوسیله همان میزان آب از طریق یک شیر در زمان مورد نظر جایگزین می‌گردد. این مقدار تعادل مشابه مقدار یک رادیو نوکلید ، N0 در t0 بحث شده در بالاست.

چنانچه شیر بسته شود و آب ورودی قطع گردد، مقدار آب در سطل با زمان کاهش می‌یابد. در این توضیح ساده ، چنانچه سرعت نشست R معلوم باشد ، زمان t یعنی زمان بسته شدن شیر تا زمان اندازه گیری مجدد آب در سطل ، بوسیله رابطه زیر داده می‌شود:

 

)مقدار آب باقی مانده – مقدار آب تعادل( t=1/R

 


در یک رادیو نوکلید طبیعی ، چنانچه موازنه بین سرعت تولید و سرعت فروپاشی آن با برداشتن نمونه از محیطی که در آن تولید انجام می‌شود ، پایان یابد با مقدار رادیو نوکلید ، و لذا اکتیویته آن بر طبق قانون فروپاشی هسته‌ای ساده با زمان شروع به کاهش می‌نماید. در فروپاشی رادیو نوکلید میزان نشست بستگی به نیمه عمر رادیو نوکلید و تعداد اتمهای رادیو نوکلید حاضر داشته و معادله اساس فروپاشی ..... برای محاسبه t بکار می‌رود. که در آن A0 اکتیویته نمونه در زمان T0 و A اکتیویته در زمانهای بعدی است.

سالیابی بوسیله کربن اکتیو و سالیابی بوسیله تریتیم ، مثالهای از ساعت فروپاشی تعادلی هستند. در این موارد مقادیر در حال تعادل اکتیویته مخصوص 14C و 13H برای کربن و هیدروژن موجود در اتمسفر بدلیل برهمکنش‌های اشعه کیهانی یا اتمسفر ثابت می‌مانند. تعادل زمانی پایان می‌پذیرد که نمونه حاوی کربن (در یک سیستم زنده) یا هیدروژن (معمولا در آب) در تماس تعادلی با اتمسفر جدا شود. برای سیستمهای زنده ، ورودی 14C با مرگ خاتمه پیدا می‌کند. برای 3H در شکل آب اتمسفری‌ها ورودی زمانی پایان می‌پذیرد که آب با چاه عمیق وارد شده یا در بطری قرار گیرد. (مثلا برای شراب) و تبادل اتمسفری نتواند رخ دهد.

 

ساعت انباشتگی

 

چنانچه در زمان t0 ، مقدار آب در سطل پایینی صفر یا حداقل یک مقدار معلوم باشد ، مقدار افزوده شده آب به سطل پایینی در یک مدت زمان بعدی ، t1 ، تابعی از زمان نشت سطل بالایی است. بنابراین رابطه زیر می‌تواند برای تعیین زمان از هنگام قرار گرفتن آب در سطل بالایی و شروع نشست بکار رود:
)واحدزمان/سرعت نشت(ml) )/(انباشته شدن در سطل پایینتر تصحیح شده برای مقدارml(t0) )= زماننشت::
بطور مشابه ، در یک سیستم فروپاشی رادیو نوکلید ، انباشته شدن عبارت است از مقدار محصولات اختر تشکیل شده ، و سرعت نشت بستگی به مقدار مادر رادیو نوکلید حاضر در زمان t0 و ثابت فروپاشی (یا t1/2) برای رادیو نوکلید دارد. مقدار رادیو نوکلید مادر (N0) حاضر در زمان t0 براحتی از مجموع اتم‌های محصولات فروپاشی تشکیل شده و اتم‌های باقی مانده در زمان t0 تعیین می‌گردد.

در یک سیستم طبیعی ، مقدار رادیو نوکلید مادر (N1) به اضافه مقدار محصولات اختر موجود در حال حاضر (t=0) تنها زمانی می‌تواند برای تعیین N0 ، مقدار رادیو نوکلید مادر در t0 ، بکار رود که سیستم از نظر شیمیایی بسته باشد ، یک سیستم بسته شیمیایی سیستمی است که در آن مهاجرتی از رادیو نوکلید مادر یا دخترهای آن در مدت زمان آزمایش به داخل یا خارج انجام نگیرد.

در یک صخره ، سیستم شیمیایی غالبا برای اجزا غیر فرار در زمانی که صخره از یک حالت ذوبی به حالت جامد تبدیل می‌شود ، برای اجزا فرا زمانی که سرد شدن به نقطه‌ای می‌رسد که دیگر گازی به بیرون راه ندارد ، بسته است. در این جا لازم است درصد‌های انشعاب در شمای فروپاشی در نظر گرفته شوند ، چرا که کلیه فروپاشی‌های مادر منجر به نوکلید دختر مخصوص مورد اندازه گیری نمی‌شود. به یاد داشته باشید که نیمه عمر یک رادیو نوکلید که λ را تعیین می‌کند متناسب با غیبت رادیو نوکلید مادر است ، نه ظهور یک نوکلید دختر خاص در حالیکه چندین مسیر فروپاشی برای آن مقدور می‌باشد.

در ساعت انباشتگی ، مقادیر نوکلید دختر محصول موجود در زمان t0 باید از مقدار اندازه گیری شده در زمان t1 کسر گردد، تا تنها مقدار تولید شده در فروپاشی رادیو اکتیو برای دوره مورد نظر محاسبه بکار رود. نسبتهای ایزوتوپی در عنصر "جمع کننده" دختر می‌توانند با یک اسپکترومتر جرمی اندازه گیری شوند. احتمال دارد که حداقل یکی از این ایزوتوپ‌ها بوسیله فرآیندهای فروپاشی رادیو اکتیو طبیعی تولید نشود. از سیستماتیک‌های سنتز هسته‌ای ، یا بوسیله تجزیه فازهای معینی از سنگ‌های آسمانی قدیمی که اساسا حاوی رادیو نوکلید مادر نیستند ، می‌توان یک نسبت اصلی برای ایزوتوپ‌های عنصر محصول تخمین زد. سپس این نسبت می‌تواند برای تصحیح مقدار مشاهده شده نوکلید محصول برای مقدار اصلی موجود در زمان t0 بکار رود.

 



انرژی نجات بخش هسته‌ای
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 18:51 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

 

انرژی نجات بخش هسته‌ای

 

 

مقدمه

بعد از فاجعه هیروشیما و ناکازاکی قدرت انرژی هسته‌ای بر جهانیان نمایان شد و ضایعات انهدامی‌ و تابشی آن قربانیان زیادی به جامعه بشری تحمیل کرد.علم طب شناخت خود را جهت درمان و پیشگیری از بیماری اشعه وسعت داد و همزمان از اشعه به صور مختلف در تشخیص و درمان بیماری‌ها از جمله سرطان استفاده کرد. رادیوتراپی جایگاه ویژه در درمان سرطان‌ها پیدا کرد و طب هسته به عنوان یک رشته تخصصی در پزشکی روز وارد شد.
بشر آموخت بهتر است از این انرژی بیکران در موارد صلح آمیز استفاده کند.
در سال 1986 فاجعه چرنوبیل در اوکراین جان بسیاری از انسان‌ها را به مخاطره انداخت و میلیاردها روبل روسی را به هدر داد. مسئله درمان و پیشگیری از ضایعات تابش اشعه دوباره موضوع روز شد.
برای پیشگیری از اشعه سه اصل مورد قبول جامعه علمی‌روز بود:
1- زمان مواجهه با منبع اشعه کاهش یابد
2- فاصله از منبع اشعه زیاد شود
3- حفاظی بین اشعه و انسان قرارگیرد
اما راه چهارم استفاده از طب اکسیژن وارد معادلات علمی‌ گردید و نوید تازه‌ای در درمان و پیشگیری از ضایعات تابشی حاد و مزمن ایجاد کرد.

 

 


اشعه یا Radiation چیست؟
اشعه فرمی ‌از انرژی است که یا انسان آن را تولید کرده یا به طور طبیعی بدن با آن مواجه می‌شود.
واحد اندازه‌گیری اشعه رم rem نامیده می‌شود هر 100 رم یک سیورت SIEVERT خوانده شده.
واحدهای دیگر اندازه‌گیری اشعه‌گری GRAY و راد RAD است. هر 7 گری معادل 700 راد است.
اشعه از دو طریق به بدن ما می‌رسد:
1- مقدار اندکی از مواد رادیواکتیو در هوا و غذا و آبی که می‌نوشیم موجود است و اشعه حاصل از آنها به نام مواجهه داخلی Internal Exposure نامیده می‌شود.
2- مواجهه خارجی External exposure از طریق تماس با اشعه آفتاب و مواد رادیواکتیو و اشعه ایکس حاصل می‌شود.
اثرات تابش اشعه بر بدن چیست:
تابش اشعه بر بدن انسان به دوگونه است:
1- تابش اولیه یا initial radiation که مدت آن حدودا یک دقیقه است.
2- تابش اشعه به صورت رزیدوال یا باقیمانده که به دنبال تابش اولیه هوا و ذرات گرد و خاک و… آلوده به اشعه شده و قربانیان خود را مدت‌های مدید آزرده خواهند کرد.
5 نوع اشعه می‌تواند سلامتی انسان را به مخاطره اندازد:
1- اشعه آلفا: شامل دو پروتون و دو نوترون:که فقط در صورت مواجهه داخلی خطرآفرین است.
2- اشعه بتا: با توده تقریبی 2000/1 پروتون یا نوترون، مخاطره با این اشعه فقط با خوردن آن امکان‌پذیر است.
3- اشعه گاما: بسیار شبیه نور طبیعی است فقط طول موج و مقدار انرژی آن متفاوت است و در درمان سرطان‌ها از آن استفاده می‌شود.
4- اشعه ایکس: در اثر برخورد الکترون‌های پرشتاب بر سطح فلز تولید شده و طول موج متفاوتی با اشعه گاما دارد.
5- نوترون: به دنبال شکاف هسته اتم اورانیوم و پلوتونیوم حاصل شده سبب یونیزاسیون اتم هیدروژن در مولکول آب بدن شده و ضایعات متعدد در بدن بر جای می‌گذارد.
اثرات اشعه بر سلامت انسان بر اساس مقدار و فاصله طبق جداول زیر متفاوت خواهند بود.
100 گری تابش اشعه برابر است با بی‌هوشی، اغما و مرگ در چند ساعت.
10گری تابش اشعه برابر است با تخریب مغز استخوان، افت پلاکت، علائم سندروم حاد اشعه و مرگ در 30 روز.
یک گری تابش اشعه برابر است با تهوع و استفراغ و کاهش فعالیت مغز استخوان و کاهش موقت گلبول سفید.
1/0 گری تابش اشعه برابر است با تغییرات در لمفوسیت.
01/0 گری تابش اشعه برابر است با عدم علائم بارز.
علائم تابش اشعه طیف وسیع از یک قرمزی پوست تا سرطان و مرگ را در بر می‌گیرد.
سندروم حاد یا Radiation sickness با تهوع ، استفراغ و اسهال، تب و خونریزی همراه است و بهبود چند هفته تا 2 سال به طول می‌انجامد.
کودکان بیش از بزرگسالان در معرض خطر قراردارند و جنین انسان بی‌نهایت به تابش اشعه حساس است و اثرات اشعه در مواجهه‌های مکرر به صورت جمع شونده یا Cumulative است. اشعه مولکول‌ها را یونیزه کرده و نهایتا سبب تخریب DNA هسته سلول و میتوکوندری می‌شود.
در مقدار کم تابش اشعه سلول خود را ترمیم می‌کند ولی در دوز زیر 100 رم ترمیم کامل انجام نمی‌شود و کلون معیوب سلولی که گاها منش سرطانی را دنبال می‌کند حاصل می‌شود.
در دوز بالای 100 رم بیماری Radiation sickness با اسهال و اختلالات آب و الکترولیت و عفونت و لاغری قربانی را آزار می‌دهد. و در دوز بالای 300 رم به دنبال اختلال سیستم دفاعی قربانی در عرض 60 روز فوت خواهد شد و در صورت دریافت اشعه بالاتر از 1000 رم عروق صدمه دیده و سیستم‌های مختلف بدن از کار افتاده و مرگ حادث می‌شود.

 


طب اکسیژن چیست؟
اکسیژن در نیمه دوم قرن هفده به دنبال تحقیقات علمی‌ دانشمندانی به نام لاوازیه و شیل و پریستلی کشف شد.
به فاصله اندکی پس از این کشف فکر تغییر در مقدار و فشار این ماده عجیب در مخیله دانشمندان نقش بست.
پس از قرن‌ها سکون در نیمه دوم قرن بیستم عملا اکسیژن در سه شکل وارد علم طب شد.
1- طب هیپوکسی intermittent hypoxic therapy که در آن با کم کردن میزان اکسیژن هوای تنفسی بدن را تحریک کرده و بدن در طی زمان خود را با کمبود اکسیژن مانند آنچه در ارتفاعات است تطبیق داده و صاحب ویژگی‌های خاص می‌شود و نسبت به سایر عوامل بیماریزا ازجمله اشعه یونیزان مقاومت خاص پیدا می‌کند. .
2- طب اکسیژن پر فشار hyperbaric oxygen therapy: در این روش با قرارگرفتن انسان در اطاقکی میزان اکسیژن 5 برابر حالت طبیعی و فشار موجود در محفظه به 3 برابر افزایش یافته و اکسیژن پس از اشباع گلبول قرمز در پلاسما وارد شده و آن را پر می‌کند و اثرات درمانی ویژه از جمله ترمیم و اثرات ضد التهاب و اکسیژن‌رسانی حتی در مواقع عدم خون رسانی کافی حادث می‌شود و از فیبروز و چسبندگی پس از التهاب می‌کاهد. .
3- اوزون تراپیozone therapy: اوزون توسط دستگاه مولد اوزون تولید و در موارد عفونت و التهابات غیر قابل کنتر ل از طریق تزریق در خون یا تماس مستقیم با نسج به کمک بیمار می‌شتابد. .
در نیمه دوم قرن بیستم سیستم اکسیژن پر فشار HBO جایگاه درمانی خود را در درمان بیماری‌های انسانی به شرح زیر پیدا کرد:
- درمان مسمومیت با مونوکسید کربن .
- بیماری دکمپرسیون (در غواصی عمیق مانند نصب و تعمیر دکل نفتی در اعماق دریا).
- امبولی گازی (در غواصی و شکستگی سر ران و اعمال جراحی قلب).
- گانگرن گازی (به‌دنبال تصادفات و تروماهای اندام – رشته ارتوپدی).
- ضایعات تروماتیک حاد با ایسکمی‌ شدید محیطی (رشته جراحی عروق).
- له شدن انساج به‌دنبال ضربه(مراکز تروما) .
- عفونت نکروزانت .
- نارسایی عروق محیطی (رشته قلب و عروق و جراحان عروق).
- آماده‌سازی برای پیوند پوست (رشته درماتولوژی و جراحی پلاستیک).
- عفونت مزمن استخوان مقاوم به درمان طبی (مشکل متخصصان ارتوپدی).
- نکروز استخوان به‌دنبال رادیوتراپی .
- نکروز بافت نرم به‌دنبال رادیوتراپی .
- درمان اکتینو ما یکوزیس و قارچ‌های عمقی .
- درمان ابسه مغز .
- درمان زخم‌های مقاوم به درمان و زخم بستر .
- سوختگی ناشی از حرارت (بیمارستان‌های سوانح و سوختگی) .
- ورم مغز .
- زخم ناشی از استاز خون .
- ایلئوس روده‌ها .
- زخم پای دیابتیک (مشکل درمانی در طب غدد ) .
- ترمیم و درمان صدمات ورزشی (تیم‌های ورزشی و باشگاه‌های تربیت بدنی ) .
- بیماری ام. اس .
- سکته مغزی و ضایعات تروماتیک مغز .
- بازتوانی خارق‌العاده کودکان مبتلا به فلج مغزی .
- بازتوانی نخاع مصدومان نخاعی .
- رتینوپاتی بیماران دیابتیک و جلوگیری از کوری در مرض قند .
- جلوگیری از بسته شدن مجدد عروق قلب بعد از بالون آنزیوپلاستی.
HBO در بیمارستان‌ها، مراکز سوانح و سوختگی، استادیوم‌ها و باشگاه‌های ورزشی، کلینیک‌های باز توانی Rehab centers ، بخش رادیوتراپی، مراکز تحقیقاتی و کلینیک‌های تخصصی جزو لاینفک طب امروزی شده است.
موارد عدم استفاده از این روش اندک و محدود به موارد زیر است:
- آسم شدید .
- رینیت آلرژیک شدید درمان نشده .
- عمل جراحی گوش اخیر .
- پنوموتوراکس .
- بارو ترومای ریه .
- آمفیزم ریوی .
-عدم امکان بلع یا مانور والسالواو تغییر فشار گوش میانی .
- تشنج کنترل نشده .
- حاملگی .
- بقایای بیماری دکمپرسیون .
- بیماری قلبی شدید .
- پرخونی شدید و بیماری‌های خونی شدید .
- بیماری‌های روانی .
- ترس از محیط بسته Severe claustrophobia .
- دیابت کنترل نشده uncontrolled Diabetes .
طب هیپوکسی یا I.H.T اثرات متعددی بر بدن داشته و موارد به کارگیری بی‌شماری نیز دارد: .
- خون سازی موثر در آماده‌سازی بدنی و کم خونی‌ها .
- رگ سازی در مغز قلب و عضلات موثر در آماده‌سازی بدن و بیماری‌های عروقی و سکته‌ها .
- تقویت و افزایش حجم عضلات محیطی و قلب موثر در آماده‌سازی بدن و بیماری‌های عصبی و عضلانی .
- تقویت سیستم تنفسی و اکسیژن‌گیری بهتر در ورزشکاران و بیماری‌های تنفسی .
- تقویت سیستم دفاعی .
- تسریع ترمیم بافتی.
- کاهش التهاب و ورم از طریق کاهش نسخه‌برداری پروتئین‌های التهابی در ژنوم ا نسان .
- تثبیت غشاء سلول + تنظیم کلسیم داخل سلولی+ تقویت تنفس سلولی با وجود کمبود اکسیژن .
- جلوگیری از مرگ سلول و پیری انسان .
- جلوگیری از شکل‌گیری و پیشرفت سرطان .
- جلوگیری و درمان فشار خون حاملگی و خطرات حین حاملگی و زایمان و درمان نازائی .
- تصحیح ترشح نوروپپتید‌های مغز و درمان افسردگی و اختلالات خلق .
- تعدیل فشار خون + کاهش بارز چربی خون + جلوگیری از سکته قلبی مغزی - جلوگیری از مرگ ناگهانی .
- جلوگیری از خستگی مزمن و حاد .
- ایجاد تحمل استرس‌های بد نی و روانی .
- سینکرونیزه شدن وقایع زیستی در بدن که یکی از مهمترین علت‌های ادامه بیماری‌های متابولیک از جمله دیابت است. .
- جلوگیری از اکسیده شدن یا زنگ زدن بدن با اکسیژن که مهمترین عامل پیری و بیماری انسان است. .
- کنترل ایده‌ال قند خون گاها بدون دارو، جلوگیری از عوارض عروقی و عصبی دیابت .
- جلوگیری از پیری و دیستروفی شبکیه چشم و آب مروارید .
- جلوگیری از یائسگی – و پوکی وشکستگی استخوان .
- جلوگیری از پیدایش و پیشرفت بیماری پارکینسون و سایر بیماری‌های انحطا طی مغز و نخاع از جمله آلزایمر و ای ال اس .
- بازگشت نیروی جوانی و کاهش وزن و جلوگیری از روند پیری .
- آماده‌سازی ورزشکاران در حد حرفه ای و قهرمانی و افزایش 3-7 %توان هوازی وکاهش سطح اسید لاکتیک در شرایط فعالیت بی هوازی و افزایش حجم عضلانی .
- محافظت انسان از آلودگی هوا و استرسورهای محیطی و سموم .
- بازتوانی مجروحان شیمیایی و جانباز .
- آماده‌سازی بیماران برای جراحی و جلوگیری از مرگ و میر حین و بعد از عمل جراحی و اریتمی‌های کشنده قلبی .
- کاهش یا حذف حملات صرعی مقاوم به درمان .
- درمان آسم و بیماری‌های اتوایمون و آلرژیک .
- ایجاد و ارتقاء حفظ سلامت در اقشار جامعه .
- آ-اچ- تی تکنولوژی موثر در کلینیک‌های توانبخشی .
- برقراری سلامت پرواز و حفظ جان مسافران و خلبانان و خدمه پرواز و جلوگیری از حوادث غیر قابل اجتناب پرواز .
- IHT با کاهش مرگ ومیر، افزایش طول عمر انسان و جلوگیری از یائسگی و کاهش مصرف دارو و پیشگیری از حدوث بیماری در سطح کلان به شرکت‌های بیمه کمک شایان توجه خواهد کرد. .
- افزایش توان بدن در مقابل اشعه یونیزان .
- مراکز تحقیقاتی با به کارگیری این تکنولوژی به راه کارهای تازه در پیشگیری و درمان دست خواهند یافت

 



حقايقي شگفت انگیز از زندگی آلبرت انيشتين
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 18:49 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

strange-albert-einstein.jpg

 

حقايقي شگفت انگیز از زندگی آلبرت انيشتين

بله همه ی ما می دانیم که انيشتين این فرمول (e=mc2) را کشف کرد. اما واقعیت آن است که چیزهای کمی در مورد زندگی خصوصی اش می دانیم. خودتان را با مرور این هشت مورد شگفت زده کنید!

1- او با سر بزرگ متولد شد
وقتی انيشتين به دنیا آمد خیلی چاق بود و سرش خیلی بزرگ تا آن جایی که مادر وی تصور می کرد فرزندش ناقص است اما بعد از چند ماه سر و بدن او به اندازه های طبیعی بازگشت.

2- حافظه اش به خوبی آنچه تصور می شود نبود
مطمئنا انيشتين توانسته کتاب های مملو از فرمول و قوانین را حفظ کند اما برای به یاد آوری چیزهای معمولی واقعا حافظه ی ضعیفی داشته است. او یکی از بدترین اشخاص در به یاد آوردن سالروز تولد عزیزان بود و عذر و بهانه اش برای این فراموش کاری مختص دانستن تاریخ تولد برای بچه های کوچک بود.

3- او از داستان های علمی، تخیلی متنفر بود
انيشتين از داستان های تخیلی بیزار بود زیرا احساس می کرد آنها باعث تغییر درک عامه مردم از علم می شوند و در عوض به آنها توهم باطلی از چیزهایی که حقیقتا نمی توانند اتفاق بیفتند میدهد. او می گفت: (من هرگز در مورد آینده فکر نمی کنم زیرا به زودی می آید.)

4- او در آزمون ورودی دانشگاه رد شد
در سال 1895 در سن 17 سالگی انيشتين که قطعا یکی از بزرگترین نوابغی است که تاکنون متولد شده در آزمون ورودی دانشگاه فدرال پلی تکنیک سوئیس رد شد. در واقع او بخش علوم و ریاضیات را پشت سرگذاشت اما در بخش های باقی مانده مثل تاریخ و جغرافی رد شد. وقتی بعد ها از او در این رابطه سوال شد گفت:(آنها بی نهایت کسل کننده بودند و او تمایلی برای پاسخ دادن به این سوالات را در خود احساس نمی کرد.)


5- علاقه ای به پوشیدن جوراب نداشت

انيشتين در سنین جوانی یافته بود که شصت پا باعث ایجاد سوراخ در جوراب می شود. سپس تصمیم گرفت که دیگر جوراب به پا نکند و این عادت تا زمان مرگش ادامه داشت.

 


6- او فقط یک بار رانندگی کرد
انيشتين برای رفتن به سخنرانی ها و تدریس در دانشگاه از راننده مورد اطمینان خود کمک می گرفت. راننده وی نه تنها ماشین او را هدایت می کرد بلکه همیشه در طول سخنرانی ها در میان شنوندگان حضور داشت. یک روز انيشتين در حالی که در راه دانشگاه بود با صدای بلند در ماشین پرسید: چه کسی احساس خستگی می کند؟ راننده اش پیشنهاد داد که آنها جایشان را عوض کنند و او جای انيشتين سخنرانی کند چرا که انيشتين تنها در یک دانشگاه استاد بود و در دانشگاهی که سخنرانی داشت کسی او را نمی شناخت و طبعا نمی توانستند او را از راننده اصلی تشخیص دهند قبول کرد. اما کمی تردید در مورد اینکه اگر پس از سخنرانی سوالات سختی از وی بپرسند او چه میکند در درونش داشت. به هر حال سخنرانی به نحوی عالی انجام شد ولی تصور انيشتين درست از آب درامد. دانشجویان در پایان سخنرانی شروع به مطرح کردن سوالات خود کردند. در این حین راننده باهوش گفت: سوالات به قدری ساده هستند که حتی راننده من نیز می تواند به آنها پاسخ دهد. سپس انيشتين از میان حضار برخواست و به راحتی به سوالات پاسخ داد به حدی که باعث شگفتی حضار شد.

7- الهام گر او یک قطب نما بود
انيشتين در دوران نوجوانی یک قطب نما به عنوان هدیه تولد از پدرش دریافت کرده بود. وقتی او طرز کار قطب نما را مشاهده می نمود سعی می کرد طرز کار آن را درک کند. او بعد از انجام این کار بسیار شگفت زده شد. بنابراین تصمیم گرفت علت نیروهای مختلف در طبیعت را درک کند.

8- راز نهفته در نبوغ او
بعد از مرگ انيشتين در سال 1995 مغر او توسط توماس تولتزهاروی برای تحقیقات برداشته شد. هاروی تکه هایی از مغز انيشتين را برای دانشمندان مختلف در سراسر جهان فرستاد از این مطالعات دریافت می شود که مغز انيشتين در مقایسه با میانگین متوسط انسان ها مقدار بسیار زیادی سلولهای گلیال که مسئول ساخت اطلاعات هستند داشته است. همچنین مغز وی مقدار کمی چین خوردگی حقیقی موسوم به شیار سیلیسیوس داشته که این مسئله امکان ارتباط آسانتر سلولهای عصبی را با یکدیگر فراهم می سازد. علاوه بر اینها مغز وی دارای تراکم و چگالی زیادی بوده و همین طور قطعه اهیانه پایینی توانایی همکاری بیشتری با بخش تجزیه و تحلیل ریاضیات را داشته است.
 



تولید سوخت هسته ای
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 18:48 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

تولید سوخت هسته‌ای

برنامۀ کلان دیگر در توسعۀ هسته‌ای ایران، خودکفائی در زمینۀ تولید سوخت هسته‌ای است. تصمیم به ساخت انواع نیروگاه‌های اتمی که تماماً تحت نظارت آژانس انجام خواهد شد، جمهوری اسلامی ایران را ملزم می‌سازد که در زمینۀ تولید انواع سوخت هسته‌ای فعالیت نماید.[2] حجم سوخت هسته‌ای مورد نیاز این نیروگاه‌ها نیز ایران را ملزم به برنامه ریزی بلندمدت برای تأمین آن از منابع داخلی و بیرونی می کند. برخوردهای تبعیض آمیز با جمهوری اسلامی ایران و اعمال استانداردهای دوگانه و همچنین دلائل زیر، ایران را مصمم و ملزم به پیگیری سیاست چرخۀ سوخت بومی کرده است.
- آمریکا در قبل از انقلاب اسلامی طبق قرارداد منعقده با ایران متعهد به تحویل سوخت رآکتور اتمی تهران بود که پس از انقلاب، مانع از حمل سوخت آماده به ایران شد.
- ایران 60 تن UF6 در اروپا دارد که هنوز به آن تحویل نشده است. سوخت اولیۀ نیروگاه بوشهر که توسط ایران از زیمنس خریداری شده بود، 25 سال توقیف شد و آلمان‌ها حاضر به تحویل آن به ایران نشدند و سرانجام نیز مجوز صادرات آن به ایران لغو گردید.
- جمهوری اسلامی ایران 10% سهام کارخانۀ غنی‌سازی اورودیف را داراست. اما حتی یک گرم اورانیوم نیز به ایران داده نشده است که حداقل برای تولید رادیوایزوتوپ ها با کاربرد پزشکی مورد نیاز فوری کشور بود.
- در دهۀ 1980 کمیته ای تحت عنوان تضمین تأمین نیازهای هسته‌ای توسط آژانس برای رفع نگرانی کشورهایی که نیروگاه دارند ولی به تولید سوخت نمی پردازند، ایجاد شد. 7 سال مذاکرۀ این کمیته نتیجه ای به بار نیاورد. لذا، هیچ سند بین‌المللی الزام آور حقوقی برای تضمین تأمین سوخت هسته‌ای نیز وجود ندارد.[3]!
برخی محافل سیاسی و رسانه‌ای، برنامۀ هسته‌ای ایران را جاه طلبانه و غیراقتصادی می خوانند. آیا می توان کشوری را که می خواهد تحت نظارت آژانس بیست هزار مگاوات برق هسته‌ای تولید و خود به تأمین سوخت آن مبادرت نماید، جاه طلب نامید. اگر ا ین چنین است، ده ها کشور جهان جاه طلب می باشند و اگر گفته شود فعالیت‌های مذکور غیراقتصادی است، باید گفت کشورهایی مثل آمریکا، روسیه، فرانسه، انگلستان، آلمان، چین، ژاپن، هند، کانادا، پاکستان، برزیل و آرژانتین که عملاً تمامی مراحل چرخۀ سوخت هسته‌ای را در مقیاس صنعتی و یا نیمه صنعتی در اختیار دارند، فعالیتی غیراقتصادی انجام داده اند. چند کشور معدود برنامه غنی‌سازی اورانیوم ایران برای تولید سوخت هسته ای را در جهت ساخت تسلیحات هسته‌ای قلمداد کرده اند. هم اکنون بیش از 12 کشور در جهان غنی‌سازی اورانیوم را در مقیاس صنعتی و یا نیمه صنعتی انجام می دهند. آیا می توان گفت تمامی این کشورها در راستای ساخت سلاح هسته‌ای عمل می کنند؟ آیا پیشرفت در علم شیمی و یا علم میکروب شناسی و بیولوژی به معنی ساخت سلاح‌های شیمیایی و یا میکروبی است؟ این کشورها بعضاً اعلام می کنند با توجه به این که روسیه متعهد به تأمین سوخت هسته‌ای ایران شده است، چرا ایران برای چرخۀ سوخت هسته‌ای سرمایه گذاری می کند؟ باید یادآور شد که روسیه تنها متعهد به تأمین سوخت هسته‌ای نیروگاه اتمی بوشهر بوده و هیچ تعهدی نسبت به ارسال سوخت هسته‌ای به سایر نیروگاه‌هایی که ایران مصمم به ساخت آن‌هاست، ندارد. روسیه حتی در زمینۀ سوخت هسته‌ای نیروگاه اتمی بوشهر نیز متعهد به ارسال سوخت برای مدت محدود و مشخصی است و بدین لحاظ، ایران حتی در مورد نیروگاه اتمی بوشهر نیز پس از اتمام قرارداد با روس ها، ملزم به تأمین سوخت هسته‌ای از منابع دیگر می باشد. نکتۀ مهمی که در بحث تأمین انرژی (سوخت- برق) باید به آن توجه داشت و این خود سبب مداخلات برخی کشورهای زورگو در مناطق استراتژیک جهان به ویژه خلیج فارس شده است، امنیت انرژی است. کشورهای صنعتی60 درصد نفت جهان را مصرف می کنند، ولی فقط سی درصد آن را تولید می کنند. بدیهی است کشورهای عضو اوپک و بالأخص کشورهای تولید کنندۀ نفت حوزۀ خلیج فارس، نقش تعیین کننده ای را در تأمین این انرژی دارا هستند. همین وابستگی غرب و آمریکا به انرژی (نفت)، سبب مداخلات آنان در منطقه خلیج فارس شده است. چگونه است که این کشورها و بالأخص آمریکا برای تأمین امنیت انرژی مورد نیاز خود به حضور نظامی در منظقه اقدام می کنند و حتی مبادرت به اشغال نظامی عراق می کنند، ولی جمهوری اسلامی ایران حق ندارد برا ی تأمین امنیت انرژی مورد نیاز خود از ابزارها و امکانات موجود داخل کشور که برابر اسناد بین المللی مربوطه ممنوع نیز نشده اند، استفاده نماید؟!
 
 

[1] این مطلب از این منبع اخذ شده است: برنامه هسته ای ایران: واقعیت های اساسی، کاظم غریب آبادی، موسسه چاپ و انتشارات وزارت امور خارجه،‌ 1387.
1- در راستای ساخت نیروگاه‌های جدید، رئیس سازمان انرژی اتمی جمهوری اسلامی ایران در روز بیست فروردین 1386 (روز ملی فناوری هسته‌ای و ورود ایران به مرحلۀ غنی‌سازی صنعتی برای تولید سوخت هسته‌ای) اظهار داشت مراحل طراحی و ساخت نیروگاه 360 مگاواتی با شتاب پیگیری می‌شود و مناقصه‌ دو واحد هزار مگاواتی و هم‌چنین مکان‌یابیبرای نیروگاه‌های دیگر نیز اجراء خواهد شد.
[3] - در همین زمینه قابل ذکر است که در ژوئن 2004 نیز آقای البرادعی یک گروه کارشناسی 29 نفره را از 25 کشور (و رژیم صهیونیستی اسرائیل) تشکیل داد. این گروه مأموریت داشت که به تجزیه و تحلیل مسائل و گزینه های مربوط به رهیافت های چند جانبۀ چرخۀ سوخت هسته‌ای بپردازد. گزارش این گروه در 22 فوریه 2005 آماده و ارائه گردید. این گزارش که اجماع تمامی اعضای گروه را نیز نداشت، راه کارهایی را به این شرح پیشنهاد نمود: تقویت مکانیسم های موجود بازار تجاری، توسعه و اجرای تضمین های تأمین بین‌المللی با مشارکت آژانس، ترویج تبدیل داوطلبانه تأسیسات موجود به رهیافت های چندجانبۀ سوخت هسته‌ای، ایجاد تأسیسات چندجانبه به ویژه منطقه ای براساس مالکیت مشترک. روح کلی این راه کارها،‌ تقویت مکانیسم های چندجانبه برای تضمین تأمین سوخت هسته‌ای است و از آنجا که گروه کارشناسی مربوطه اجماعی در این خصوص نداشت،‌ این گزارش جنبۀ عملیاتی پیدا نکرد. برای مطالعۀ این گزارش،‌ به این سند مراجعه شود:
IAEA, Infcirc/640/, 22 Feb 2006, (Multilateral Approach to the Nuclear FuelCycle: Expert Group Report to IAEA DG).
یکی از اقداماتی که مدتی است در دستور کار آژانس و کشورهای غربی و آمریکا به منظور عدم گسترش سلاح‌های هسته‌ای قرار گرفته است، جلوگیری از ایجاد چرخۀ سوخت هسته‌ای در کشورها (چرخۀ سوخت بومی) و تضمین تأمین آن در سطح بین‌المللی (ترتیبات بین‌المللی یا منطقه ای) است. طرح های تولید سوخت هسته‌ای براساس رهیافت های چندجانبه به نحوی که ندارها چرخۀ سوخت داخلی را پیگیری نکنند، با این هدف اصلی ارائه و پیگیری می شوند که یک انحصار در این کالای استراتژیک برای کشورهای پیشرفته هسته‌ای ایجاد شود و با ایجاد انحصار تولید سوخت هسته‌ای، جریان آینده مبادلات سوخت هسته‌ای را کنترل و هدایت کنند. یکی از مهم‌ترین این طرح ها طرح موسوم به شش کشور فرانسه، آلمان، هلند، آمریکا، انگلیس و روسیه است که به اجلاس ژوئن 2006 شورای حکام آژانس ارائه شده است. طبق این طرح که هنوز مراحل بررسی و پیگیری خود را توسط بانیان آن طی می کند،‌ کشورهای دریافت کنندۀ سوخت از ترتیبات ایجادی توسط این طرح نباید در سطح ملی فعالیت‌های حساس چرخۀ سوخت را پیگیری کنند. برای مطالعۀ این طرح‌ به سند زیر مراجعه شود:
IAEA, Gov/Inf/2006/10, 1 June 2006, (Concept for a Multilateral Mechanismfor Reliable Access to Nuclear Fuel
 


بوزون هیگز چیست؟
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 18:47 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

بوزون هیگز چیست؟

نیم قرن تلاش دانشمندان برای یافتن مهم‌ترین ذره بنیادی عالم عملا به نتیجه رسید و نتایجی که در کنفرانس صبح چهارشنبه در سرن منتشر شد، وجود ذره‌ای شبیه به هیگز را در محدوده انرژی 125 تا 126 گیگاالکترون‌ولت اثبات کرد.

پوریا ناظمی: ساعت 9 صبح چهارشنبه 4 جولای 2012 به وقت مرکزی اروپا، ژنو میزبان سمیناری بود که به طور اضطراری تشکیل می‌شد. تنها یک هفته از بررسی داده‌های مختلفی که شتاب‌دهنده «برخورد دهنده بزرگ هادرونی» یا LHC در سال 2012 گردآورده بود، می‌گذشت که سرن، جلسه‌ای ویژه را برای اعلام نتایج به دست آمده از این داده‌ها برگزار کرد. در حضور خبرنگاران و چهار فیزیکدان برجسته‌ای که نظریه میدان هیگز را 50 سال پیش مدل‌سازی کرده بوند، سخنگویان دو آشکارساز اطلس و سی.ام.اس این شتاب‌دهنده سرانجام نتیجه شکار این ذره گریزپای را اعلام کردند؛ تلاشی که برای به ثمر رسیدن آن نیم قرن تلاش منجر به ساخت بزرگ‌ترین و یکی از گران‌ترین آزمایشگاه‌های تاریخ بشر شده بود. اینک پاسخ یکی از سوال‌های مهم بشر درباره ماهیت عالم مشخص شده است؛ بوزون هیگز مسوول به وجود آمدن جرم در عالم ماست.
 
پاییز گذشته، مدیران دو آشکار ساز اطلس و سی.اس.ام در ژنو در برابر خبرنگاران حضور یافتند تا آخرین نتایج داده‌های به دست آمده در این دو آزمایش را با مردم به اشتراک بگذارند. نتایج اعلام شده توسط آنها نه آن قدر‌ها که برخی فکر می‌کردند، هیجان‌انگیز بود و نه آنقدر ناامیدکننده. در هر دو آزمایش نشانه‌هایی پیدا شده بود که می‌شد به بوزون هیگز نسبت داد، اما قطعیت آزمایش‌ها به قدری نبود که بتوان آن را کشف لقب داد. به همین دلیل قرار شد تا امسال بر اساس آزمایش‌های جدید نتایج دقیق‌تری را منتشر کنند.
 
اولین گزارش از نتایج تحلیل داده‌های مربوط به آزمایش‌های سال 2012 در ساعت 9 صبح چهارشنبه 4 جولای به وقت مرکزی اروپا (ساعت 11:30 چهاردهم تیر به وقت ایران) در مقر شتاب‌دهنده بین‌المللی ذرات سرن اعلام شد.
 
بوزون هیگز چیست؟

براساس مدل‌هایی که تکامل عالم را بررسی می‌کند، می‌دانیم در ابتدای شکل‌گیری عالم ذرات جرم نداشتند. اما در دوره‌ای نسبتا کوتاه، هر یک از ذرات جرم مشخصی را به دست آوردند و این جرم ذرات بود که روند بعدی تکامل عالم را مشخص کرد. برخی از ذرات مانند فوتون‌ها که ذرات تشکیل‌دهنده نور هستند، بدون جرم ماندند و توانستند بدون محدودیت در عالم سفر کنند؛ برخی دیگر اما جرم پیدا کردند و رفتارشان تغییر کرد. سوال مهمی که در دنیای فیزیک وجود دارد، این است که چه چیزی باعث شد تا ذرات عالم جرم‌دار شوند؟
 
برای اینکه اهمیت این داستان را بهتر درک کنید، نگاهی به جهان اطرافتان بیاندازید: جهان اطراف ما از مواد مختلفی ساخته شده است. من و شما و هر آنچه می‌بینید، هر یک از ترکیبات و مواد گوناگونی تشکیل شده‌اند. اما اگر اندکی دقیق‌تر نگاه کنیم، می‌بینیم همه این مواد قابل تبدیل به تعداد محدودتری از ذرات تشکیل‌دهنده هستند. برای مثال همه اشیا از مولکول‌هایی تشکیل شده‌اند.
 
تنوع و تعداد این مولکول‌ها بسیار زیاد است اما هر ترکییی که داشته باشند، قطعا از عناصر محدودی شکل گرفته‌اند که آنها را در طبیعت می‌شناسیم. همه این عناصر به نوبه خود از ذرات بنیادی‌تری به نام الکترون، نوترون‌ و پروتون شکل گرفته‌اند و خاصیت مختلف هر یک از آنها به این برمی‌گردد که چه ترکیبی از این سه ذره در کنار هم قرار گرفته باشند.
برخی از این ذرات به نوبه خود از ذرات بنیادی‌تری شکل گرفته‌اند. بررسی این ذرات بنیادی می‌تواند ما را به درک جهان اطرافمان یاری کند. ترکیب این ذرات که آنها را ذرات زیر اتمی می‌نامند، کمک می‌کنند بفهمیم چه قوانینی بر جهان ما حاکم است. اهمیت این دنیای فوق‌العاده کوچک مقیاس و در عین حال فوق‌العاده مهم باعث شده تا گروهی از دانشمندان تمام تمرکز و هم و غم خود را به رازگشایی از این جهان شگفت و توصیف آن با کمک نظریه ذرات بنیادی مبذول کنند.
 
نظریه ذرات بنیادی مانند هر نظریه دیگری در دنیای علم بر مبنای مشاهده‌ها شکل می‌گیرد، پدیده‌ها را پیش‌بینی می‌کند و در برابر آزمایش‌های جدید محک می‌خورد و اگر از آن سربلند بیرون آید مستحکم‌تر شده و اگر در آزمایشی شکست بخورد نظریه دیگری را باید بر مبنای نتایج جدید تدوین کرد. به همین دلیل برای توصیف یک پدیده، گاهی نظریات مختلفی مطرح می‌شود که هر کدام بتواند بهتر از پس چالش‌های پیش‌رو برآید، جای پایش محکم‌تر می‌شود و بیشتر مورد قبول قرار می‌گیرد.
 
مدل استاندارد ذرات بنیادی

در نظریه ذرات بنیادی نیز نظریه‌ای به نام مدل استاندارد ذرات بنیادی وجود دارد که بدون ورود به جزئیات فنی و دشوار آن، می‌توان آن را نظریه‌ای توصیف کرد که تلاش دارد به روان‌ترین شکل رفتارهای حاکم بر ذرات بنیادی را توصیف کند و توضیحی بر دلیل رفتارهای آنها ارائه دهد.
 
بوزون هیگز در این نظریه است که نقش مهمی ایفا می‌کند. بار دیگر و بدون وارد شدن به جزئیات فنی بیایید به این سوال بیندیشید که ویژگی یک جسم چه مواردی است؟ مثلا خود شما، یا هر چیز دیگر. فارغ از مشخصات ظاهری برخی از ویژگی‌های یک جسم، بنیادی و اساسی به‌شمار می‌رود. یکی از این موارد جرم یک جسم است (که البته می‌توانید آن را نوعی انرژی به دام افتاده در آن جسم نیز تصور کنید). اگر از شما بپرسند چقدر جرم دارید، ممکن است بگویید مثلا 60 کیلوگرم و اگر از شما بپرسند چرا جرم شما این عدد است، خواهید گفت که بدن من از موادی تشکیل شده که هر یک از آنها جرمی دارند و مجموعه جرم آنها به این عدد می‌رسد. این فرآیند خرد کردن را می‌توانید آن‌قدر ادامه دهید تا به ذرات بنیادی برسید.
 
اما از آن بیشتر نمی‌توانید پیش روید. بخشی از مواد تشکیل‌دهنده بدن شما الکترون‌ها هستند. چرا یک الکترون مقدار مشخصی جرم دارد و چرا این مقدار برای ذرات بنیادی مختلف متفاوت است؟ برای مثال چرا یک الکترون مقدار جرم مشخصی دارد که از پروتون و نوترون کمتر است، اما از ذراتی مانند فوتون یا نوتریونوها که تقریبا بدون جرم هستند، بیشتر است؟ چه چیزی باعث می‌شود که یک ذره جرم مشخصی را داشته باشد و به عبارت دیگر، در دنیای فیزیک ذرات چه عاملی باعث می‌شود جرمی خاص به ذره‌ای خاص اختصاص یابد؟ این یکی از معماهای مدل استاندارد به شمار می‌رود و در دهه 1960/1340، پیترهیگز نظریه‌ای را مطرح کرد که به نام میدان هیگز معروف شد و می‌توانست این مساله را توجیه کند.
 
نظریه هیگز

براساس نظریه هیگز، کل جهان ما را میدان هیگز فرا گرفته است. برای این‌که تصوری از میدان داشته باشید، میدان آشناتر الکترومغناطیس را در نظر بگیرید. همه شما احتمالا این آزمایش معروف را یا انجام داده‌اید یا دیده‌اید که یک آهن‌ربا را زیر یک کاغذ می‌گذاریم، روی کاغذ براده‌های آهن می‌ریزیم و می‌بینیم که این براده‌ها در مسیرهای مشخصی که خطوط میدان مغناطیسی هستند، قرار می‌گیرند. در واقع آهن‌ربا یک میدان مغناطیسی دارد که بر موادی که خاصیت فلزی دارند تاثیر می‌گذارد.
 
براساس نظریه هیگز، مهم نیست اطراف یک جرم باشید یا جایی که فکر می‌کنید خلأ است؛ همه جا میدان هیگز وجود دارد. اگر می‌خواهید تصور بهتری از نوع حضور این میدان داشته باشید، یک آکواریوم را تصور کنید که پر از آب است. برای ماهی‌ای که درون این آکواریوم است شاید بقیه فضای آکواریوم خالی به نظر آید، اما می‌دانیم که مملو از ماده‌ای به نام آب است که این آب عمدتا از ماده‌ای به نام مولکول آب یا H2O تشکیل شده است. میدان هیگز هم به همین ترتیب همه جا را در بر گرفته، ولی به جای مولکول‌های آب از ذره‌ای بنیادی به نام بوزون هیگز تشکیل شده است.
 
این ذره بنیادی جرم مشخصی دارد و نسبتا ذره سنگینی به شمار می‌رود، اما مهم‌تر از جرم خودش این ویژگی مهم را دارد که با ذرات بنیادی دیگر اطراف خودش واکنش نشان می‌دهد. مثل ذرات براده آهن که در میدان مغناطیسی واکنش نشان می‌دادند و در مسیرهای مشخصی قرار می‌گرفتند هر ذره با این بوزون‌های هیگز در حال واکنش دادن است. آنچه ذره هیگز را مهم می‌کند، این است که بر اساس این نظریه، نوع و قدرت واکنش بوزون‌های هیگز با مواد و ذرات بنیادی اطرافش معلوم می‌کند که آن ذره چقدر جرم داشته باشد. یعنی جرم الکترون به دلیل قدرت واکنش الکترون‌ها با بوزون هیگز است. اگر فوتون تقریبا بدون جرم است به این دلیل است که واکنشش با بوزون‌های هیگز بسیار ضعیف است و در عوض الکترون واکنش قوی‌تری دارد.
از طرف دیگر چون بوزون‌های هیگز همه جای میدان هیگز قرار دارند و همه عالم را پر کرده‌اند (مانند آب درون آکواریوم) پس یک ذره مانند الکترون یا فوتون فارغ از این‌که کجای عالم قرار دارد، به‌طور دائمی در حال واکنش با بوزون هیگز است و در نتیجه جرم ثابتی دارد.
به این ترتیب در مدل استاندارد ذرات بنیادی بوزون‌های هیگز می‌توانند توضیح دهند که چرا هر ذره جرم مخصوص به خود را دارد. اما این ذره تا پیش از این، یک ذره نظری بود که هرگز در آزمایشگاه مشاهده نشده و تنها حاصل محاسبات ریاضیاتی بود. این ذرات را تنها می‌توان زمانی آشکار کرد که بتوانیم برخوردهای بزرگی را میان ذرات بنیادی ایجاد کنیم و در شرایط آشوبناک و آزاد شدن انرژی حاصل از برخورد، این شانس را به وجود بیاوریم که این ذره برای مدتی ظاهر شود و آن را آشکار کنیم. یکی از دلایل اصلی و هدف‌های علمی اولیه ساخت شتاب‌دهنده بزرگ‌هادرونی در مرکز تحقیقات سرن نیز تلاش برای آشکار کردن این ذره و تایید وجود آن بود. البته اگر تلاش سرن هم مانندتواترون در آزمایشگاه ملی فرمی به ثمر نمی‌رسید و بوزون هیگز پیدا نمی‌شد هم اتفاق مهمی در دنیای فیزیک محسوب می‌شد، چراکه صورت دانشمندان باید سراغ نظریات پیچیده تری برای توجیه جرم مواد بروند که به نام نظریات فارغ از هیگز معروف هستند.
 
بازار داغ شایعات

از پیش از برگزاری این نشست بازار شایعات در این باره بسیار داغ بود. برخی معتقد بودند که در نتایجی که اعلام خواهد شد تنها ضریب اطمینان از کشف بوزون هیگز افزایش خواهد یافت و دیگران معتقد بودند به طور رسمی خبر کشف این ذره پس از 50 سال تلاش اعلام می‌شود. با نزدیک شدن به روز موعود، بر حجم خبرها نیز افزوده شد.

وب‌سایت نیچر در گزارشی آستانه اعلام این خبر از قول یکی از دانشمندان ارشد آزمایش اطلس نوشت:«بدون شک ما ذره جدیدی کشف کرده‌ایم و در این سمینا خبر کشف این ذره را اعلام خواهیم کرد»
بر اساس اخباری که پیش از اعلام رسمی نتایج به بیرون درز کرده بود، بررسی داده‌های آزمایش‌های سال 2012 که تنها یک هفته پیش از این سمینار جمع‌بندی شده بود، نشان از آن داشت که سیگنالی از واپاشی ذره‌ای که بسیار شبیه ذره بوزون هیگز است، مشاهده شده که به دو فوتون بسیار پرانرژی واپاشیده شده است. بر اساس داده‌هایی که آزمایش‌های امسال برخورددهنده بزرگ هادرونی (LHC) نشان می‌دهند، شواهد قابل اعتنایی در این زمینه به دست آمده است. بنابر اعلام‌ها انرژی ذره کشف‌شده (که احتمالا همان بوزون هیگز است) 124.6 گیگا الکترون ولت است.
 
در همین حال یکی از محققان آزمایش سی.ام.اس نیز پیش از برنامه رسمی سرن اعلام کرده بود که در این آشکارساز نیز نشانه‌های قدرتمندی از رد پای بوزون هیگز در بین داده‌های سال 2012 به دست آمده، اگرچه تا آخرین روزها بحث بر سر اینکه درجه اعتبار این یافته‌ها در چه حدی است، هنوز در جریان بود.
 
به گفته فیزیکدانان، آنها تا زمانی که اعتبار سیگنال مشاهده شده از رده معروف به سیگما 5 بالاتر نرود، از اعلام کشف بوزون هیگز خودداری می‌کنند. این اعتبار به این معنی است که دقت آزمایش به گونه‌ای باشد که احتمال این‌که سیگنال رویت شده ناشی از اتفاقات دیگر و به شکل تصادفی باشد، کمتر از 0.00006 درصد باشد. براساس شایعات در آزمایش‌های اطلس و سی.ام.اس اعتبار داده‌های امسال بین 4.5 تا 5 برابر انحراف‌معیار قرار دارد و عملا اگر این داده‌ها درست باشد، می‌شود انتظار خبر کشف هیگز را داشت.
نکته دیگری که باعث شد تا این کنفرانس بیش از نمونه‌های قبلی در معرض توجه قرار بگیرد این بود که مدیر ارتباطات سرن تایید کرد برای برنامه بامداد چهارشنبه از چهار فیزیکدان نظری که در دهه 1960/1340 برروی مکانیزم نظریه میدان هیگز کار می‌کردند، برای این سمینار دعوت به عمل آمده است. این افراد عبارتند از فرانسیس انگلرت، کارل هاگن، پیتر هیگز و جرالد گورالینک.
 
شرح عکس: پیتر هیگز (سمت راست) و فرانسیس انگلرت در کنفرانس سرن
 
 
شرح عکس زیر: کارل هگن (سمت راست) و جرالد گورالنیک در کنفرانس سرن. پیتر هیگز در ردیف عقب دیده می‌شود
 
 
با وجود این اعلام، اما این مسوول سرن درباره محتوای خبر سکوت کرد و حتی گفت محتوایی که اعلام خواهد شد هنوز در حال بررسی است و تا زمانی که دو سخنگوی سی.ام.اس و اطلس نتیجه نهایی را اعلام نکنند، هیچ چیز مشخص نیست.
با وجود این عامل دیگری که باعث شد تا ظن‌ها درباره اعلام خبر کشف بوزون هیگز تقویت شود، به انتشار ویدیویی از شبیه‌سازی آشکارسازی انجام شده در سرن مربوط می‌شد. این ویدیو مدت کوتاهی در وب‌سایت سرن به نمایش درآمد و سپس از این وب‌سایت حذف شد. به نوشته روزنامه گاردین، در این ویدیوی کوتاه که تاریخ 4 جولای (روز چهارشنبه) را داشت، کارشناسان سرن درباره کشف ذره جدیدی صحبت می‌کردند.شرح عکس: یکی از رویدادهای مشاهده شده در سی.ام.اس که متناظر با واپاشی بوزون هیگز به دو فوتون پرانرژی(ردهای سبزرنگ بلند) است. فیلم منتشرشده توسط سرن حاوی تصاویر مشابهی بود.





پس از حذف این ویدیو سخنگوی سرن اعلام کرد این ویدیو به طور اشتباهی برای دقایقی منتشر شده است. یکی دیگر از مسولان روابط‌عمومی سرن نیز اعلام کرد این یکی از ویدیوهایی بود که برای حالت‌های مختلفی که ممکن است در کنفرانس چهارشنبه اعلام شود پیش‌تولید شده و بر اثر اشتباه مدتی در وب‌سایت در دسترس قرار گرفته است. برخی از رسانه‌ها به این نکته اشاره کردند که موضوعی که این اشتباه را جالب توجه می‌کنند، این است که سرن همان جایی است که مفهوم اینترنت به شکل امروزی‌اش از آن آغاز شد و سرن خود را مبتکر و خالق وب می‌داند.
 
گزارش نشست سرن

پس از موجی از شایعات، سرانجام زمان کنفرانس فرا رسید. بسیاری از دانشجویان و خبرنگاران از ساعات ابتدایی شب گذشته در مقابل در ورودی سالن حضور داشتند تا بتوانند جای مناسبی به دست بیاورند. بخش بزرگی از سالن احتماعات برای خبرنگاران و فیزیکدانان رزرو شده بود.

مراسم با سخنرانی کوتاه رالف هوئر، مدیر سرن آغاز شد. او ضمن خوش‌آمدگویی، امروز را روزی مهم ارزیابی کرد؛ روزی که نه تنها حاضران در سرن، که دانشمندان فیزیک ذرات شرکت‌کننده در کنفرانس فیزیک انرژی‌های بالا در ملبورن استرالیا نیز به این سخنرانی گوش می‌دهند تا نشان دهنده نمایی از جهان علمی امروز و همکاری‌های بین‌المللی باشند.
سپس جو اینکلاندا، مدیر پروژه سی.اس.ام روی صحنه آمد و در حالی‌که صدایش از اضطراب و هیجان می‌لرزید، سخنرانی خود را که شامل بیش از 70 اسلاید بود آغاز کرد. او با ارایه عملکرد آشکارساز سی.اس.ام و داده‌های قبلی آغاز کرد و سپس به آزمایش‌های امسال رسید.
 
شرح عکس زیر: جو انکلاندا، مدیر سی.اس.ام در حال ارایه توضیحات در کنفرانس سرن
 
 
پژوهشگران این آزمایش با بررسی چند نوع واپاشی بوزون هیگز و تحلیل چند صد نمونه آشکارشده از این واپاشی‌ها در آزمایش‌های مختلف، توانستند به قطعیت‌های متفاوتی بین 4.5 تا 5.2 سیگما دست یابند، هرچند در یک مورد قطعیت موردنظر برای اعلام کشف یک ذره جدید بیشتر از معیار 5سیگما بود، اما در نهایت با ترکیب داده‌ها و تحلیل دسته‌جمعی، محققان به این نتیجه رسمی رسیدند که رد ذره جدیدی شبیه بوزون هیگز را در حوالی انرژی 125.3 گیگاالکترون ولت (با خطای 0.6 گیگاالکترون‌ولت) با قطعیت آماری 4.9 سیگما آشکار کرده‌اند. از آن‌جاکه برای اعلام کشف یک ذره جدید قطعیتی از رده سیگما 5 لازم است، این یک‌دهم مانع از اعلام رسمی کشف بوزون هیگز شد.
 
شرح عکس: تحلیل مشاهدات سی.ام.اس در 5 نوع واپاشی مختلف بوزون هیگز، نتایج ترکیبی (خط مشکی پررنگ) و قطعیت آماری آنها
این عکس تغییر اندازه دارد. برای مشاهده کامل اینجا را کلیک کنید. اندازه واقعی عکس 640x614.
 
پس از سخنرانی او، فابیولا جیانوتی مدیر آشکارساز اطلس به روی صحنه آمد و به روش مشابهی آزمایش‌های اطلس را توضیح داد. در آزمایش اطلس کمتر از 100 مورد واپاشی هیگز آن‌هم فقط در دو کانال مشاهده شده بود و به همین دلیل قطعیت آماری بالاتری نسبت به گزارش سی.ام.اس بدست آمد. جیانوتی نتیجه نهایی آشکارساز اطلس را چنین اعلام کرد: ذره جدیدی در محدوده 126.5 گیگا الکترون ولت و با قطعیت سیگما 5.
 
شرح عکس: فابیولا جیانوتی، مدیر اطلس در حال ارایه توضیحات در کنفرانس سرن
 
 
در عین حال خانم جیاتونی تاکید کرد که اطلاعات موجود برمبنای یک‌سوم داده‌هایی است که انتظار داریم امسال به دست آوریم. مشاهدات و بررسی‌های بیشتری برای شناخت بیشتر ماهیت بوزون کشف‌شده جدید انجام خواهد شد اگرچه این ذره در محدوده‌هایی است که انتظار داریم بوزون هیگز وجود داشته باشد و می‌توان آن را کشف بوزون هیگز دانست، اما باز هم تلاش‌های بیشتری برای درک بهتر ماهیت آن صورت خواهد گرفت.
نتایج تحقیقات این دو آشکار ساز در پایان ماه جولای به طور مشترک منتشر خواهد شد. البته ذکر این نکته این لازم است که اعتبار گزارش سی.ام.اس به دلیل تعداد بسیار بیشتر مشاهدات، جستجو در چند کانال و ترکیب آنها از نظری آماری اعتبار بیشتری نسبت به گروه اطلس داشت و قطعا با بررسی دیگر اطلاعات گردآوری‌شده تا پایان سال، هم تعداد رخدادها و هم قطعیت آماری نتایج بهتر خواهد شد.
پس از پایان این سخنرانی مدیر سرن برای جمع بندی روی صحنه آمد و اعلام کرد این اتفاق مدیون همکاری بین‌المللی و برمبنای ابزاری بی‌نظیر ال.اچ.سی و قدرت پردازش شبکه گرید است. او تاکید کرد ما امروز شاهد یک کشف قطعی بودیم. ما بوزون هیگز را پیدا کردیم، اما باید در باره ماهیت این کشف بیشتر بحث کنیم. هنوز بررسی‌ها و مشاهده‌های طولانی در راه است.
 
شرح عکس: مدیر سرن (سمت چپ) و مدیران آزمایش‌های اطلس و سی.ام.اس در انتهای کنفرانس سرن
 
 
در پایان، فیزیک‌دانان و حاضران مدتی طولانی به تشویق دانشمندان و مدیران سرن پرداختند و یکی از دانشمندان حاضر در پرسش و پاسخ، این اتفاق را جهشی غول‌آسا در علم نامید.
روز چهارشنبه گذشته جهان شاهد روز بزرگی بود، روزی که مردم خارج از دنیای علم نیز در شور و شوق کشفی در مرزهای علم به هیجان آمدند. با کشف ذره هیگز اگرچه به سوال مهمی پاسخ داده شد اما سوال‌های بسیاری در برابر دانشمندان قرار گرفته است. آجر دیگری در دیوار رفیع دانش و درک ما از عالم در جای خود قرار گرفته است و اینک سنگ بنایی برای ادامه ساخت این باروی با شکوه فراهم آمده است.
 
سرن، تلاش در ژرفای جهان

شتاب‌دهنده‌های ذرات یکی از ابزارهای ضروری برای کشف ماهیت جهانی هستند که در آن زندگی می‌کنیم. سرن برای اینکه بتواند به عمیق‌ترین رازهای جهان نفوذ کند، بزرگ‌ترین شتاب‌دهنده جهان تا زمان حاضر را به نام LHC یا شتاب‌دهنده بزرگ‌هادرونی ساخته است. بخش اصلی این ماشین که ساخت آن مدت 10 سال از 1998/1377 تا 2008/1387 به طول انجامید، مسیری دایره ای به محیط 27 کیلومتر و در عمق 175 متری زیر زمین است که در مرز فرانسه و سوییس ساخته شده است. این ماشین تا پاییز سال 2012/1391 با توان 4 تراالکترون ولت به ازای هر پرتو (متناظر با انرژی برخورد 8 تراالکترون‌ولت) به فعالیت خواهد پرداخت؛ سپس 20 ماه تعطیل خواهد شد تا پس از به‌روز‌رسانی‌های لازم، با توان نهایی خود که انرژی 7 ترا الکترون ‌ولت به ازای هر پرتو (متناظر با انرژی برخورد 14 تراالکترون‌ولت) را شامل شود به کار ادامه دهد.
 
ساز و کار این ماشین به این گونه است که پرتوهایی از ذرات ابتدا در حلقه‌هایی کوچک‌تر شتاب می‌گیرند و پس از افزایش سرعتشان از دوجهت وارد تونل اصلی می‌شوند. ذرات در این مسیر می‌توانند تا آستانه سرعت نور سرعت بگیرند (اگر این ماشین با حداکثر توانش کار کند سرعت پرتوها به 99.9999991% سرعت نور می‌رسد) و سپس با یکدیگر برخورد کنند. در اثر این برخورد، ذرات به اجزای تشکیل دهنده خود شکافته می‌شوند و این برخورد با کمک 4 آشکارساز بزرگ این مجموعه به نام‌های اطلس، سی.ام.اس، آلیس و ال.اچ.سی.بی مورد مشاهده و رصد قرار می‌گیرند. در اثر این برخوردها شرایطی مشابه با دوران آغازین عالم به وجود می‌آید و ذرات بنیادی ناپایداری شکل می‌گیرند تا دانشمندان به کمک آن بتوانند به بررسی قوانین حاکم بر ذرات بنیادی بپردازند.
این مسیر عظیم با کمک میدان‌های مغناطیسی که به کمک 9300 مغناطیس ابررسانای عظیم ایجاد می‌شود، کنترل می‌شود. برای اینکه در این آزمایش عوامل غیرمنتظره تا حد امکان کاهش یابد، داخل تونل این شتاب‌دهنده بهترین خلأ ممکن در روی زمین ایجاد شده است . این خلأ با خلأ موجود در فضای میان‌سیاره‌ای قابل مقایسه است و فشار داخلی آن 10 برابر کمتر از فشار هوا در سطح ماه است.
اگرچه این ابزار به شدت خنک نگاه داشته می‌شود و با نگاه داشتن دمای آن در حدود منفی 271.3 سانتی‌گراد یا تنها 9/1 کلوین، دمای ماشین حتی از دمای محیط فضا کمتر است؛ اما دمایی که در هنگام برخورد دو باریکه ذرات به وجود می‌آید در حدود 100هزار بار بیش از دمای مرکز خورشید است. بدین ترتیب این ماشین گرم‌ترین و سردترین دماهای تولیدی در سیاره ما را به وجود می‌آورد.
حجم داده‌هایی که آزمایش‌های انجام شده توسط این ماشین در یک سال تولید می‌کند، آن‌قدر زیاد است که می‌تواند 100 هزار لوح دی.وی.دی را پر کند و بررسی و تحلیل آن توسط هزاران دانشمند در سراسر جهان سال‌ها به طول می‌انجامد. سرن که مبتکر وب در جهان به شمار می‌رود، برای پردازش این حجم عظیم از اطلاعات شبکه‌ای برای پردازش داده به نام گرید (Grid که در فارسی به تورین محاسباتی ترجمه شده است) طراحی کرده که قدرت پردازش هزاران کامپیوتر را در سراسر جهان به اشتراک می‌گذارد. بیش از 10هزار نفر به طور مستقیم در آزمایش شتاب‌دهنده بزرگ هادرونی مشارکت دارند و ده‌ها کشور در ساخت و بهره‌برداری از آن نقش داشته‌اند.
ایران نیز در این پروژه مشارکت داشته است. ایران بخشی از یکی از قطعات آشکارساز سی.ام.اس این شتاب‌دهنده را ساخته و همچنین چندین نفر از دانشجویان و پژوهشگران ایرانی در این پروژه و به ویژه در آشکار ساز سی.ام.اس مشارکت دارند.


و اما سرن چيست؟ كجاست؟
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 18:30 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

 

و اما سرن چيست؟ كجاست؟

و اما سرن چيست؟ كجاست؟

 


سرن(CERN) بزرگترين مجموعه آزمايشگاهي دنيا در زمينه فيزيك ذرات بنيادي و فيزيك هسته اي است.اين مجموعه عظيم و منحصر بفرد در حاشيه شهر ژنو سوئيس در شهر ميرين و در مرز مشترك فرانسه و سوئيس واقع شده است.سرن در 29 سپتامبر سال 1954 ميلادي توسط سازمان اروپائي تحقيقات هسته اي شكل گرفته و در طي اين مدت نزديك53 سال توانسته نقش بسيار موثري در رشد و توسعه علم فيزيك داشته باشد.تحقيقات و آزمايشها و پژوهشهاي انجام شده در اين مركز و كسب جوايز متعدد توسط دانشمندان و پژوهشگران فعال اين مركز معتبر علمي دنيا(از جمله6 جايزه نوبل) خود نشان از اهميت سرن در عرصه تبادلات علمي دنيا دارد.

 

 
 

دولت سوئيس بعنوان پايه گذار اصلي سرن (به همراه 11 كشور اروپائي ديگر)در پنجاهمين سال تاسيس سرن و بعنوان هديه، مركزى به نام «جهان علم و نوآورى» را كه يك مركز شبكه اى جديد و نيز مكانى براى بازديد علاقه مندان است، به اين سازمان اهدا كرد.
در اين مركز تحقيقات فيزيك هسته اي و ذرات بنيادي كه مهمترين هدف آن "كشف رازهاى مبداء جهان"تعريف شده است هم اينك بيش از 3000 فيزيكدان و مهندس بعنوان كاركنان مقيم در زمينه هاي مختلف نظري و آزمايشگاهي مشغول بكار هستند.در سرن همچنين بيش از 6500 دانشمند از 500دانشگاه از 80كشور دنيا بصورت بازديدهاي كوتاه مدت به سرن مي آيند كه خود نشان از همكاري بزرگ و بي نظير علمي دانشمندان و پژوهشگران عرصه علمي جهان دارد. به گفته «چارلز كلايبر» وزير علوم و پژوهش هاى سوئيس، در50 سال گذشته سازمان اروپايى تحقيقات هسته اى كانون همايش و ملاقات دانشمندان مختلف جهان با ريشه هايى از تمامى ملت ها، فرهنگ ها، مذاهب و اقوام بوده است. كلايبر در مراسم جشن پنجاهمين سالگرد تاسيس «سرن» گفت: "در اين مركز مناقشات و دشمنى هاى سياسى به هيچ وجه راه ندارد و حكمفرمايى همين روحيه باعث شده است اين سازمان بتواند در چگونگى شكل گيرى تفكر انسان نسبت به طبيعت و آغاز جهان كمك هاى قابل ملاحظه اى داشته باشد".به جز سوئيس 11كشور اروپائي ديگر كه در تاسيس پروژه سرن همكاري داشتند عبارت بودند از:
بلژيك،دانمارك،آلمان،فرانسه،يونان،بريتانياي كبير،ايتاليا،يوگسلاوي،هلند،نروژ و سوئد.
و البته بعدها نيزكشورهاي اطريش (۱۹۵۹)، اسپانيا (۱۹۶۱-۱۹۶۸ و بعد ۱۹۸۳)، پرتغال (۱۹۸۶)، فنلاند (۱۹۹۱)، لهستان (۱۹۹۱)، مجارستان (۱۹۹۲)، جمهوري چك (۱۹۹۳)، اسلوواكي (۱۹۹۳) و سرانجام بلغارستان (۱۹۹۹) به عضويت آن درآمدند.
اين كشورها اعضاي اصلي اداره كننده سرن هستند و از لحاظ اداري-مالي تامين كننده عمده هزينه هاي مالي سرن هستند.اين كشورها ساليانه حداقل مبلغي بالغ بر 5ميليون يورو پرداخت ميكنند كه صد البته بسياري از اين كشورها علاوه بر مبلغ حداقل فوق جهت هزينه هاي بسياري از پروژه هاي سرن بصورت مستقيم و غير مستقيم مبالغ ديگري در نظر ميگيرند مثل آلمان و ايتاليا تاكنون فقط براي يكي از پروژه هاي سرن به اسم (LHC) تاكنون بيش از300ميليون يورو هزينه كرده اند.
بزرگترين برنامه كنوني سرن،علاوه بر تحقيقات گوناگون در زمينه فيزيك هسته اي و ذرات بنيادي،اجراي پروزه بزرگ LHC (Large Hadron Collider) يا همان" ابرتصادم گر هادرونى"است كه بعنوان بزرگترين پروژه تحقيقاتي جهان شناخته ميشود. ابرتصادم گر هادرون يك شتاب دهنده  ذرات با انرژى و پيچيدگى بى نظير و بى سابقه است كه نتيجه آن همكارى و مشاركت جهانى براى آشكارسازى بخش جديد پنهانى از حقيقت است.

 

 

دسته دوم از كشورهاي مشاركت كننده در سرن،شش كشور آمريكا،روسيه،ژاپن،تركيه،هند و دولت اسرائيل هستند كه بعنوان ناظر در سازمان تحقيقات هسته اي سرن حضور دارند.اين كشورها هم سهم و مشاركت فعالي در انجام پروژه هاي تحقيقاتي سرن و همچنين در تامين هزينه هاي مالي و تجهيزات سرن دارند.براي مثال تاكنون ايالات متحده رقمي بالغ بر يك ميليارد دلار براي پروژه LHC هزينه كرده است.
و اما دسته سوم از كشورهاي مشاركت كننده در سرن،كشورهاي غير عضو سازمان اروپائي تحقيقات هسته اي هستند كه در برنامه هاي مختلف تحقيقاتي سرن مشاركت دارند.اين دسته كه شامل 26كشور است عبارتند از:
الجزاير،آرژانتين،ارمنستان،آذربايجان،بلاروس،برزيل،چين،كانادا،كرواسي،قبرس،استوني، گرجستان، ايسلند،
ايرلند،مكزيك،مراكش ،پاكستان، پرو، روماني، صربستان ،اسلوني،آفريقاي جنوبي،كره جنوبي،تايوان،اوكراين و ايران.
اين كشورها بسته به توانائي هاي علمي و تحقيقاتي خود مي توانند در پروژه هاي آزمايشگاهي و نظري سرن شركت مي كنند.در حقيقت،عمده ترين بهره اين كشورها از همكاري با سرن،تماس نزديك و خارج از محدوديت هاي متداول (سياسي) با تكنولوژي نوين و كسب مستقيم و بي واسطه دانش علمي و فني است.
 
بعد از عضويت رسمي ايران در سرن در سال2001 ميلادي و همكاري با سرن در زمينه پروژه بزرگ LHC و ساخت و تامين قطعاتي از اين پروژه هم اينك هفت پژوهشگر و سه دانشجو دوره دكترا در زمينه فيزيك ذرات بنيادي در سرن مشغول پژوهش و تحقيقات هستند و همچنين قرار است دو دانشجوي ديگردوره دكترا به اين جمع اضافه شود.لازم به ذكر است كه مشاركت انفرادي فيزيكدانان ايراني در سرن به قبل از سال2000 بر مي گردد.
                                                                                       

 

پيش از اين درباره شتابدهنده خوشه هاي پروتوني LHC با محيطي بالغ بر 27 كيلومتر به مختصر گفته شد كه بزرگترين پروژه تحقيقاتي جهان به شمار ميرود.هدف از پروژه LHC ساخت دو پر انرژي پروتوني با انرژي بيش از Tev 7 است كه با برخورد دادن اين دو پرتو و آشكارسازي ذرات حاصل از اين برهمكنش آنها ساختار دروني مواد و ذرات بنيادي سازنده آنها شناخته شود.پروژه LHC با بودجه اي بالغ بر شش ميليارد دلار از سال1995 شروع شده و راه اندازي آن و شروع آزمايشهاي مربوطه براي انتهاي سال 2007 پيش بيني شده است. بد نيست بدانيد كه هزينه ساختماني كه اين شتابدهنده در آن نصب مي شود بالغ بر 500 ميليون فرانك سوئيس است و پيش بيني مي شود كه هزينه نهائي آن بعد از انجام تمام مقدمات و آزمايشات در نهايت بالغ بر 10ميليارد يورو شود.جزئيات بيشتر از ساختار و نحوه كار LHC موضوعي نيست كه ما بدنبال آن باشيم بلكه ميخواهيم نقش و فعاليت ايران را در ساخت اين پروژه عظيم تحقيقاتي جهان مورد بررسي قرار دهيم.

 

قبل از هر چيزي لازم است بدانيد كه براي پروژه LHC،چهار آزمايش بزرگ با آشكارسازهاي بسيار زياد طراحي شده است كه در چهار محل تلاقي دو پرتو پروتوني قرارگرفته اند.اين آزمايشها عبارتند از:
LHCB-ALICE-CMS-ATLAS
هر كدام از اين آزمايش هاي چهارگانه شامل مجموعه عظيمي از آشكارسازهاست كه كار ساخت آنها توسط مراكز تحقيقاتي مختلف و دانشگاهها و شركت هاي بزرگ صنعتي در سراسر جهان در حال اجراست.
آزمايش CMS (Compact Muon Solenoid) يكي از چهار آزمايش بزرگ پروژه LHC است.همكاري ايران در اين آزمايش در اولين قدم با ساخت قسمتي مكانيكي از آزمايش CMS با عنوان"ميز نگهدارنده اين آشكار ساز HF و محفظه استوانه اي پوشاننده آن"و با نظارت مهندسان سرن و با انتقال دانش فني مربوطه به شركت هپكو اراك بعنوان مجري اين آزمايش به انجام رسيد. اين ميز بايد بتواند قطعاتي به وزن حدود 200 تا 300 تن را تحمل كند كه اجزاي آن با فاصله ميليمتري از يكديگر باز و بسته مي شوند. اين ميز در حقيقت يك دستگاه مكانيكي با تولرانس بسيار بالا به شمار مي رود كه هزينه ساخت آن نيز برعهده ايران است.(مبلغي بالغ بر 600 ميليون تومان) دكتر محمد محمدي، متخصص فيزيك ذرات بنيادي و سرپرست گروه سازنده شتاب دهنده سرن در ژنو، كه از طرف دانشگاه فلوريدا اين مأموريت را عهده دار شده است در اين زمينه مي گويد:«براي ايران، موضوع اصلي فعاليت هاي پژوهشي از اين قبيل، دستيابي به منافع اقتصادي آني نيست، بلكه منفعت اصلي، دستاوردهاي علمي است كه از طريق مشاركت در يك پروژه علمي بين المللي، آن هم در بالاترين سطح پژوهش در حوزه فيزيك ذرات بنيادي نصيب كشورمان مي شود.»
همچنين براي آزمايش CMS چهار لايه مختلف از آشكارسازهاي RPC در دو قسمت انتهائي استوانه آن در نظر گرفته شده است كه بايد سه لايه آن براي سال2007 ميلادي و لايه چهارم براي آزمايش سال2010 آماده باشند.در ساخت PRC هايCMS چهار كشور ايتاليا،كره جنوبي،چين و پاكستان همكاري ميكنند.در مورد ساخت لايه چهارم PRC هايCMS هم اكنون كشورهاي هند،ايران،كره و پاكستان مشغول بررسي براي قبول مسئوليت هستند و در نهايت با همكاري كشور ايتاليا انجام خواهد شد.در صورت موفقيت ايران در كسب مسئوليت ساخت RPCهاي لايه چهارمCMS در داخل كشور،اين پروژه اولين مشاركت آزمايشگاهي ايران در يك آزمايشگاه بزرگ بين المللي خواهد بود.

 


در اين نوشتار سعي شد تا حد امكان از روي آوردن به مباحث تخصصي فيزيك ذرات بنيادي و همچنين فيزيك هسته اي و مبحث شتابدهنده ها و معرفي آنها پرهيز شود و هدف اصلي نويسنده معرفي خوانندگان و كاربران عزيز با سرن بعنوان بزرگترين مجموعه تحقيقاتي و آزمايشگاهي جهان در زمينه فيزيك ذرات بنيادي و همچنين پروژه هاي آن و نقش و همكاري ايران در انجام اين مهم بود.اميدوارم كه اين مقاله مورد مفيد واقع شده باشد.
در تهيه اين نوشتار از منابع مطالعاتي و پايگاههاي اطلاع رساني ويكي پديا،روزنامه شرق،سايت رسمي مركز تحقيقاتي سرن،پايگاه اينترنتي و خبرنامه داخلي مركز تحقيقات فيزيك نظري ايران(IPM) استفاده شده است.

 

     در ادامه توجه شما را به مصاحبه ای با دکتر خرمیان دانشیار فیزیک دانشگاه سمنان جلب می کنیم

 

دکتر خرمیان دانشمند ايراني حاضر در آزمايش «سرن» گفت: دانشمندان طي سال‌هاي آينده مي‌توانند به راز شكل‌گيري كائنات پي ببرند.




علي خرميان كه به عنوان تنها دانشمند ايراني شركت كننده در آزمايش جهاني سرن از اين سفر علمي بازگشته است، در گفتگو با خبرنگار فارس در سمنان درباره محتواي اين سفر علمي افزود: دانشمندان معتقدند با انجام سلسله آزمايشاتي از اين دست مي‌توان به راز شكل‌گيري كائنات پس از واقعه مهبانگ اوليه كه منجر به ايجاد و پيدايش جهان كائنات شد، پي برد.
وي تصريح كرد: اين سازمان با مشاركت و سرمايه‌گذاري چند دانشگاه و موسسه معتبر علمي جهان پس از سال‌ها كار و تلاش موفق به ساخت تجهيزات لازم براي ساخت شتاب‌دهنده و انجام اين آزمايش تاريخي شد.
اين دانشمند ايراني كه داراي درجه دكتراي فيزيك هسته‌اي است، ادامه داد: محل اين آزمايش در مرز سوئيس و فرانسه در تونلي به طول 27 كيلومتر و در عمق 100 متري زمين بود.
خرميان گفت: هزينه ساخت و فراهم كردن تجهيزات لازم براي انجام اين آزمايش بالغ بر 9 ميليارد دلار بود.
وي در خصوص چگونگي و نحوه انجام اين آزمايش اضافه كرد: به طور خلاصه و ساده بايد گفت در تونل تعبيه شده توسط شتاب‌دهنده‌اي موسوم به «هادرون» اشعه‌هاي پروتون در مراحلي كمتر از يك ساعت شليك شدند و دو شعاع پروتوني در يك زمان و در جهات گوناگون براي بازسازي لحظه پس از انفجار بزرگ كيهاني كه دانشمندان معتقدند باعث شكل‌گيري جهان كائنات شده است، به هم شليك شدند.
دانشمند ايراني حاضر در آزمايش «سرن» اظهار داشت: اين آزمايش كه به عنوان بزرگ‌ترين آزمايش فيزيكي تاريخ بشر نام گرفت، با حضور هزاران تن از دانشمندان جهان انجام شد.
خرميان در خصوص نقش ايران در انجام اين آزمايش جهاني گفت: طراحي و ساخت قطعات مهم دتكتورهاي قوي براي تحقق هر يك از آزمايشات چهارگانه اين شتاب‌دهنده برعهده چند دانشگاه معتبر جهان و موسسات علمي مطرح در سطح جهاني بود كه ايران نيز در ساخت قسمت‌هايي از تجهيزات مربوط به آزمايش‌ CMS مشاركت داشت.
وي اضافه كرد: بيش از 10 هزار پژوهشگر و دانشمند قرار است در سال‌هاي آينده با اين شتاب‌دهنده آزمايشات خود را انجام دهند.
دانشيار گروه فيزيك دانشگاه سمنان افزود: سال‌هاست كه دانشمندان از شتاب‌دهنده‌هاي كوچك براي مطالعه اتم استفاده مي‌كنند و كمتر از 100 سال پيش دانشمندان بر اين باور بودند كه پروتون‌ها و نوترون‌ها، ريزترين اجزاي تشكيل‌دهنده يك اتم هستند.
خرميان افزود: از آن زمان تاكنون آزمايش‌هاي علمي نشان داده‌اند كه خود اين ذرات نيز از ذرات كوچك‌تري مانند كوارك و گلوئون تشكيل شده‌اند.
وي درباره علت و چرايي انجام اين آزمايش جهاني نيز اظهار داشت: حدودا ما از 100 سال پيش با تئوري نسبيت و مكانيك كوانتوم كار مي‌كنيم و از 20 سال پيش تاكنون هيچ تحركي در تئوري‌هاي فيزيكي نداشته‌ايم.
عضو پژوهشگاه دانش‌هاي بنيادي كشور گفت: دانشمندان اميدوارند با كمك اين شتاب‌دهنده غول پيكر، اطلاعات تازه‌اي درباره اجزاي تشكيل‌دهنده ماده و نيروهايي كه آنها را به هم متصل مي‌كنند، به دست آورند.
خرميان اظهار داشت: جهان ميلياردها سال است كه اين فعل و انفعالات را انجام مي‌دهد و اكنون قرار است اين عمل به صورت مصنوعي براي پي بردن به راز خلقت و چگونگي به وجود آمدن جهان كائنات با كمك شتاب‌دهنده هادرون انجام گيرد.
وي همچنين با اشاره به اهميت و تاثير تحقيقات در پيشرفت علمي كشور گفت: خوشبختانه در چند سال اخير هم اعتبارات پژوهشي كشور رشد داشته و هم اهميت دادن به بخش تحقيقات و پژوهش در كشور افزايش يافته است.
دانشمند ايراني حاضر در آزمايش «سرن» ادامه داد: با اين وجود باز هم نسبت به بسياري از كشورها واقعا عقب هستيم و در همين سفر تحقيقاتي از ايران فقط بنده به همراه چهار تن از دانشجويان دوره دكتراي فيزيك دانشگاه‌هاي صنعتي شريف و صنعتي اصفهان تنها محققان بخش فيزيك نظري مركز CERN بوديم در حالي كه تعداد محققان كشوري مثل تركيه در اين مركز 100 نفر بود.
دكتر علي خرميان در كارنامه علمي خود تاكنون 22 مقاله ISI و حدودا 50 مقاله علمي پژوهشي ارائه شده در كنفرانس‌هاي معتبر داخلي و خارجي، تاليف و ترجمه كتب و انجام طرح‌هاي پژوهشي متعددي دارد.

 

اما یک خبر جدید از سرن:اشکال فنی شتاب دهنده “بیگ بنگ” را تعطیل کرد

 

یک اشکال فنی دانشمندان را وادار کرده است ماشین عظیم ذره شکن را  را برای دست کم دوماه تعطیل کنند
سازمان پژوهش هسته‌ای اروپا (سرن) اعلام کرد  روز جمعه ۱۹ سپتامبر (۲۹ شهریور) یک نشت عمده هلیوم به درون تونل جایگاه بزرگترین و پیچیده‌ترین ماشینی که تا به حال بشر ساخته است، رخ داده است
سخنگوی سرن، جیمز جیلیس گفت برای حل کردن این مشکل، ماشین باید از درجه حرارت کاری آن از منهای ۲۷۱.۳ درجه سانتی‌گراد بالا برده شود
به خاطر این که این ماشین یک ماشین ابررسانایی است که در درجه حرارت بسیار پایین کار می‌کند، برای این که وارد آن شوندو آن را تعمیر کنند، مجبورندآن گرم کنند، و بعد دوباره آن را سرد کنند و این فرایند احتمالا دو ماه طول می‌کشد
سرن اعلام کرد که  ضوابط ایمنی شدید تضمین می‌کند که این اختلال کارکرد هیج خطری برای مردم ایجاد نمی‌کند.
 سازمان دهندگان این طرح مجبور شدند تا به شدت فعالیت کنند تا بر نظرات برخی از منتقدان غلبه کنند که می‌گقتند این آزمایش سیاهچاله‌های کوچکی با جلذبه شدید ایجاد خواهد کرد که می‌توانند کل سیاره را در خود ببلعد.
 هنگامی که این ماشین در حدود ۱۳روز پیش شروع  به کار کرد، دانشمندان به طور موفقیت‌آمیزی پرتوهای ذرات را به دور این شتاب‌دهنده چرخانده‌اند.

قدم بعدی این خواهد بود که پرتوهای ذرات را با یکدیگر برخورد دهند، تا تصادم‌های کوچکی در سرعت‌های نزدیک به سرعت نور رخ دهد.
سرن اعلام کرد که این اشکال فنی به علت اشکال در اتصال الکتریکی میان دو مغناطیس رخ داده است، که احتمالا در جریان بالای برق ذوب شده‌اند و این اشکال مکانیکی را به وجود آورده‌اند.
هنگامی که LHC یا حداکثر سرعت خود کار کند خواهد  توانست ثانیه‌ای ۶۰۰ میلیون برخورد میان پروتون‌هایی را که با سرعت ۹۹.۹۹ درصد سرعت نور در آن حرکت می‌کنند، به وجود آورد.

 



فضاي مشبك ، الكتروگراويتي و نيروهاي پيشران و اسپين در فضا
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 18:23 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

فضاي مشبك ، الكتروگراويتي و نيروهاي پيشران و اسپين در فضا هنگامي كه خازني با الكترودهاي نامتقارن با ولتاژ بسيار بالا شارژ شود ، يك نيروي پيشران غير عادي به سمت الكترود كوچكتر ظاهر ميشود . اين پديده كه به اثر بيفلد - براون مشهور است اساس كار بسياري از پرنده‌هاي امروزي را تشكيل مي‌دهد . بهترين ركورد منتشر شده براي پرواز اين نوع پرنده‌ها 2.4 متر از [سطح زمين] اعلام شده است . با اين حال هنوز توجيه فيزيكي قابل قبولي براي اين اثر شناخته نشده است . k=½Iω² كه k انرژي جنبشي دوراني ، I ممان اينرسي جسم دوار و W سرعت زاويه‌اي اين دوران است . براي درك اين انرژي يا نيرو فرض مي‌كنيم كه ميدان الكتريكي پيرامون الكترون ، تقارن خود را براي مدتي از دست داده و تمام انرژي جنبشي دوراني آن تبديل به انرژي جنبشي انتقالي شود كه در اين وضعيت الكترون شتاب گرفته و سرعت آن اينچنين بدست مي‌آيد :

Kω انرژي جنبشي دوراني الكترون ، I لختي دوراني يا ممان اينرسي الكترون ، ω سرعت زاويه‌اي الكترون معادل 20^10 الي 23^10 راديان بر ثانيه ( علت اختيار اين سرعت زاويه‌اي اين است كه زوج الكترون - الكترون در هنگام تبديل شدن به زوج الكترون - پوزيترون و برعكس ، تابش گاما جذب و يا گسيل مي‌كند كه بيانگر اين موضوع است كه الكترونها به تعداد فركانس امواج گاما در حال دوران حول محور فرضي خود در هر ثانيه هستند ) ، Kv انرژي جنبشي انتقالي الكترون ، m جرم الكترون معادل 9.109534X10-31 كيلو گرم و v سرعت خطي ( انتقالي ) الكترون ميباشد . بشقاب پرنده‌ها توان توليد ميدان الكتريكي بسيار قوي ، پيرامون خود را دارند كه با تغيير در چگالي آن ميتوانند به نيروي بسيار زيادي از نوع الكتروگراويتي دست يابند كه اين نيرو ميتواند بي‌وزني و شتاب بسيار زيادي به آنها بدهد . http://www.youtube.com/watch?v=GQ_V1UlL-qY ويدئو جهت كسب اطلاعات بيشتر فايل PDF زير را به دقت مطالعه فرماييد . www.ki2100.com/pdf/electro_gravity/electrogravity1.pdf اينك در اين قسمت سعي مي‌كنيم كه اين پديده شگفت انگيز و همچنين اسپين ذرات باردار در فضا را توجيه كنيم : همانطور كه ميدانيم اولين نيرو و يا انرژي مهار شده توسط بشر ، انرژي و نيروي باد بود كه بوسيله بادبانها جهت پيش راندن كشتي‌ها استفاده شد . نكته جالب توجه اينكه لازم نبود كه حتما مسير حركت كشتي در امتداد مسير وزش باد قرار مي‌گرفت ، بلكه اين دو مي‌توانستند زاويه‌اي مابين 90 الي 180 درجه داشته باشند . ملوانان با مشاهده تغيير جهت وزش باد ، زاويه بادبانها را تغيير داده و به مسير خود ادامه مي‌دادند و اگر اين زاويه كمتر از 90 درجه و يا مخالف جهت حركت كشتي مي‌شد ، آنها مجبور بودند بادبانها را پايين كشيده و منتظر تغيير جهت وزش باد بمانند ، حتي اگر اين وضعيت روزها و ماه‌ها به طول مي‌كشيد ، به هر حال چاره‌اي نداشتند جز صبر و انتظار .

در رسم فوق خطوط و فلش سبز رنگ مسير وزش باد ، پاره خط قرمز رنگ زاويه بادبان و همچنين خطوط و فلش آبي رنگ مسير و جهت حركت كشتي را نشان ميدهد . به اين نيرو ، نيروي پيشران كشتي در آب گفته ميشود . با توجه به اين مسئله ميتوانيم پديده الكتروگراويتي و اسپين ذرات باردار را توجيه كنيم . ويدئو http://www.youtube.com/watch?v=xbpDzcg3_ik ما ميتوانيم چنين تصور كنيم كه فضا ساختار مشبكي دارد كه از مكعب‌هاي بسيار كوچكي تشكيل شده است كه هندسه آن كاملا اقليدسي ميباشد ، به اشكال زير توجه نماييد :

همانطور كه مشخص است خطوط به موازات محورهاي x , y , z در فضا امتداد يافته و فضاي مشبكي را تشكيل مي‌دهند . اينك اگر در فضا يك ميدان الكتريكي يكنواخت برقرار شود همانند شكل زير :

هيچ برهمكنشي مابين اين ميدان الكتريكي و فضاي مشبك بوجود نمي‌آيد . اما اگر در فضا يك ميدان الكتريكي غير يكنواخت با چگالي متفاوت پديدار شود همانند اشكال زير :

 

 

اين ميدان با فضاي مشبك برهمكنش داشته و يك نيروي پيشران به طرف تراكم ميدان الكتريكي با چگالي بالا پديدار ميشود ، يعني شكل زير :

خطوط سياه رنگ بيانگر خطوط فضاي مشبك و خطوط آبي رنگ بيانگر خطوط ميدان الكتريكي ميباشد . اينك وضعيت يك ذره يا گوي باردار در فضاي مشبك را برسي مي‌كنيم :

همانطور كه مشخص است با نزديك شدن به مركز گوي يا ذره باردار به ميزان تراكم ( چگالي ) ميدان الكتريكي افزوده ميشود ، پس نيروي پيشراني از محيط پيرامون به طرف مركز جرم ( گرانيگاه ، مركز سقل ) وارد ميشود كه برآيند اين نيروها در كل صفر ميشود و ذره يا گوي در فضا بدون حركت مي‌ماند ، ولي تراكم يا چگالي ميدان الكتريكي در مركز اين ذره يا گوي بشدت افزايش مي‌يابد و ميبايست خنثي شود تا ذره يا گوي به پايداري الكتريكي برسد . براي اين منظور ذره و يا گوي چاره‌اي ندارد جز دوران يا چرخش حول مركز خود تا ميدان الكتريكي آن از حالت خطي به اسپيرال لگاريتمي و يا دايره‌اي و بسته تغيير شكل دهد ، يعني اشكال زير :

كه اصطلاحا به اين حالت ( دوران ، چرخش يا سرعت زاويه‌اي ) ذره باردار ، اسپين گفته ميشود . اين سرعت زاويه‌اي ميبايست نيروي پيشران در فضا را نيز خنثي كند . اينك ما اين وضعيت را براي ذره بارداري همچون الكترون برسي مي‌كنيم : ابتدا بايد بدانيم كه انرژي جنبشي دوراني چيست : جسم صلبي را در نظر بگيريد كه با سرعت زاويه‌اي ω حول محوري كه نسبت به يك چهارچوب لخت خاص ثابت است ، مي‌چرخد . هر ذره اين جسم در حال دوران ، مقدار معيني انرژي جنبشي دارد . چون تعداد اين ذرات در جسم صلب زياد است ، لذا كميتي به نام لختي دوراني تعريف مي‌شود . لختي دوراني به صورت مجموع جملاتي تعريف مي‌شود كه هر جمله با حاصل ضرب جرم يك ذره از جسم صلب در مجذور فاصله عمودي ذره از محور دوران برابر است . بنابراين انرژي جنبشي دوراني جسم صلب كه بخاطر دوران حاصل مي‌شود ، برابر است با نصف حاصل ضرب لختي دوراني جسم صلب در مجذور سرعت زاويه‌اي . در حقيقت انرژي جنبشي دوراني الكترون ، حاصل نيروي پيشران وارد بر الكترون است ، يعني همان نيروي الكتروگراويتي وارد بر الكترون .



رابرت اپنهايمر
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 18:9 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )
 
 
 
«علم همه چيز نيست، اما بسيار زيباست.» اين جمله تاريخي را پدر بمب اتم آمريكا به يادگار گذاشته است. رابرت اپنهايمر، گرچه دوراني را كه روي ساختار بمب‌اتم كار مي‌كرد و همچنين زمان انفجار آنها در هيروشيما و ناكازاكي ژاپن به اوج شهرت و اعتبار رسيد، اما پس از گذشت سال‌ها به اشتباه خود در توليد چنين سلاح مرگباري اعتراف كرد تا آنجا كه مخالفان زيادي عليه وي در دولت آمريكا پيدا شدند و او سرانجام از يكي از بزرگ‌ترين پروژه‌هاي اتمي دنيا به بيرون رانده شد.

 

اپنهايمر سال‌1904 در نيويورك چشم به جهان گشود و تحصيلات دانشگاهي خود را نيز در دانشگاه معتبري همچون هاروارد پشت‌سر گذاشت. البته او در دانشگاه كمبريج لندن نيز حضور داشت كه اين مساله موجب آشنايي وي با شناخته‌شده‌ترين محققان زمان خود شد. طولي نكشيد كه در كاليفرنيا به عنوان استاد دانشگاه مشغول به كار شد. در كنار تدريس، تحقيقات زيادي درخصوص الكترون و پوزيترون انجام مي‌داد و همچنين علاقه زيادي نيز به نظريه پرتو كهكشاني و جوانب مختلف آن داشت. با اين حال هيچ‌گاه فكر نمي‌كرد با آغاز جنگ جهاني در راس توليد يكي از مخرب‌ترين سلاح‌هاي تاريخ بشر قرار گيرد. در طول جنگ به عنوان مغز همه‌كاره براي توليد و آزمايش بمب اتم برگزيده شد. البته او از وجود ادوارد تلر سرشناس و چند نفر از محققان ديگر جهان نيز استفاده مي‌كرد. آمريكا براي عقب نماندن از پيشرفت‌هاي هسته‌اي شوروي سابق دست به هرگونه سرمايه‌گذاري مي‌زد و به همين منظور گروهي از زبده‌ترين دانشمندان هسته‌اي و فيزيك دنيا را در اختيار اوپنهايمر قرار داده بود. در سال 1945 و در حالي كه انفجار 2 بمب اتمي در هيروشيما و ناكازاكي ژاپن لكه سياهي در تاريخ نظامي آمريكا برجاي گذاشته بود، اوپنهايمر نيز به اشتباه خود پي‌برد و از قرار داشتن در راس چنين برنامه‌اي بشدت ابراز ناراحتي كرد.

به اين ترتيب او از رياست آزمايشگاه ملي لاس‌آلاموس كناره‌گيري كرد تا مخالفت خود را با استفاده غيرصلح‌آميز از انرژي هسته‌اي نشان دهد. او با ادامه تحقيقاتش در خصوص اين انرژي ارزشمند همواره بر لزوم استفاده صلح‌آميز از انرژي هسته‌اي تاكيد داشت. با اين حال مخالفت‌هايش با توليد و تكثير تسليحات هسته‌اي موجب شد تا از تمامي برنامه‌هاي اتمي نظامي آمريكا رانده شود. وي در سال 1967 و به دليل ابتلا به سرطان حنجره درگذشت.

 



فیزیکدان هلندی و کشف معمای سرعت نوترینو
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 18:6 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

فیزیکدان هلندی و کشف معمای سرعت نوترینو

یک فیزیکدان هلندی کشف کرد که حرکت نسبیتی ساعتهای نصب شده بر روی ماهواره های "جی. پی. اس" موجب شده است که سرعت نوترینوها سریعتر از سرعت نور شود و بنابراین بار دیگر نظریه نسبیت انیشتین را تائید کرد.

به گزارش خبرگزاری مهر، کمتر از یکماه قبل فیزیکدانان شورای تحقیقات هسته ای اروپا (سرن) و لابراتوارهای "گرن ساسو" در موسسه ملی فیزیک هسته ای ایتالیا که با استفاده از دستگاه آشکارساز "اپرا" در آزمایش Cng 1s (نوترینوی سرن به سمت گرن ساسو) شرکت دارند از یک نتیجه شگفت انگیز در آزمایشات خود خبر دادند.

این دانشمندان اعلام کردند که توانسته اند فراتر از سرعت نور حرکت کنند. به طوریکه آشکارساز "اپرا" با دریافت و بررسی بیش از 15 هزار ذره نوترینو که در برخورد دهنده "سوپر سینکروتون پروتون" در سرن تولید شده و با طی مسافت 730 کیلومتر به لابراتوارهای "گرن ساسو" در ایتالیا رسیده بود کشف کرد که این ذرات برای طی این مسافت تنها 2.4 میلی ثانیه را صرف کردند.

 



گداخت هسته ای
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 18:4 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

گداخت هسته‌اي

 

بر خلاف راكتورهاي شكافت هسته‌اي، گداخت هسته‌اي مي‌تواند راه‌حلي براي نياز روزافزون بشر به انرژي پاك باشد. پروژه بين‌المللي ايتر قرار است اين روياي قديمي را در آينده‌اي نه چندان دور به واقعيت برساند. شايد تبليغات وسيع در خصوص شكست روش همجوشي سرد باعث لكه‌دار شدن اعتبار اين حوزه شده باشد، اما فيزيك‌دانان از سال 1932 / 1311 با موفقيت توانسته‌اند هسته اتم‌ها را به روش هم‌جوشي گرم به يكديگر پيوند بزنند. امروزه محققان روش همجوشي گرم توانسته‌اند به يك منبع انرژي پاك دست يابند كه عاري از آلودگي‌هاي مرتبط با نيروگاه‌هاي شكافت هسته‌اي است. نيروگاه‌هاي همجوشي هسته‌اي ذوب نمي‌شوند، زباله‌هاي راديواكتيو توليد نمي‌كنند و سوخت آنها را به راحتي نمي‌توان براي ساخت سلاح استفاده كرد. به گزارش پاپ‌ساينس، در خط مقدم جبهه تلاش براي تحقق بخشيدن به نيروي حاصل از همجوشي، ITER قرار دارد: يك همكاري بين‌المللي براي ساخت بزرگ‌ترين راكتور هم‌جوشي دنيا. قلب پروژه هم‌جوشي يك توكامك (Tokamak) است، محفظه‌اي به شكل دونات كه واكنش هم‌جوشي در آنجا اتفاق مي‌افتد. ميدان مغناطيسي قوي اين وسيله، پلاسماي دوتريوم و تريتيوم را كه دو ايزوتوپ هيدروژن هستند، احاطه كرده است. در همين حال، پرتوهاي ذرات، امواج راديويي و مايكروويو، دماي پلاسما را به 150 ميليون درجه سانتي‌گراد مي‌رسانند؛ حرارتي كه براي انجام واكنش همجوشي لازم است. در طي واكنش، هسته‌هاي دوتريوم و تريتيوم ذوب مي‌شوند و يك اتم هليوم و يك نوترون توليد مي‌كنند. در يك نيروگاه همجوشي هسته‌اي، نوترون‌هاي پرانرژي ساختار Blanket را در توتاماك گرم مي‌كنند و اين حرارت براي راه‌اندازي توربين و توليد الكتريسيته مورد استفاده قرار مي‌گيرد. راكتور ايتر كه بزرگ‌ترين توتامك جهان خواهد بود، 500 مگاوات انرژي توليد مي‌كند كه معادل خروجي يك نيروگاه زغال‌سنگ است. اما ايتر برق توليد نخواهد كرد و تنها يك آزمايش عظيم فيزيك است، اگرچه مزاياي بالقوه بسياري دارد. تنها 1 گرم سوخت دوتريوم-تريتيوم مي‌تواند انرژي معادل 7600 ليتر نفت توليد كند. ريچارد پيتس، دانشمند ارشد پروژه مي‌گويد: «فرايند مورد استفاده در ايتر ذاتا بي‌خطر است. اين راكتور هرگز نمي‌تواند مشكلات دنياي شكافت هسته‌اي، مانند چرنوبيل و فوكوشيما را به وجود آورد. به همين دليل است كه تا اين اندازه جذاب است.» براي اينكه بتوان هم‌جوشي با استفاده از توتاماك را كاملا به صورت تجاري درآورد، توسعه‌دهندگان اين روش بايد بر چالش‌هاي مختلفي غلبه كنند. نخستين چالش مساله توليد تريتيوم (ايزوتوپ هيدروژن با 1 پروتون و 2 نوترون در هسته) است. در هر زماني فقط 23 كيلوگرم تريتيوم در كل دنيا وجود دارد، زيرا تريتيوم به صورت طبيعي توليد نمي‌شود و به سرعت نيز از بين مي‌رود. در مقابل، دوتريوم راديواكتيو نيست و مي‌توان آن را از تقطير آب استحصال كرد. اگرچه ايتر ممكن است بتواند از تريتيوم توليد شده توسط نيروگاه‌هاي هسته‌اي استفاده كند، اما يك نيروگاه همجوشي در مقياس واقعي بايد خودش منابع تريتويم مورد نيازش را تامين كند. براي اين منظور مي‌توان از نوترون‌هاي حاصل از واكنش همجوشي براي تبديل ليتيوم به تريتيوم استفاده كرد. علاوه بر مساله تريتيوم، فيزيك‌دانان بايد بفهمند چه موادي مي‌توانند به بهترين نحو در مقابل محصولات فرعي واكنش همجوشي كه باعث تخريب ديواره‌هاي توتاماك مي‌شوند، مقاومت كنند. در نهايت، راديواكتيويته پسمانده در تجهيزات مشكلاتي را براي تعمير و نگهداري به وجود مي‌آورد، زيرا كاركنان قادر نيستند با ايمني كافي در محل تجهيزات كار كنند. دانشمندان ايتر بايد روبات‌هايي را بسازند كه بتوانند قطعاتي به وزن 10 تن را تعويض كنند. ايتر آزمايش‌هاي خود را در سال 2019 / 1398 در فرانسه آغاز خواهد كرد. اگر اين آزمايش‌ها موفقيت‌آميز باشد، داده‌هاي به دست آمده از اين پروژه به گروه ايتر كمك خواهد كرد تا DEMO را طراحي كنند؛ نمونه‌اي تجربي از نيروگاه همجوشي 2 تا 4 هزار مگاواتي كه قرار است تا سال 2040 / 1420 ساخته شود. سوخت مهندسان دوتريوم و تريتيوم -دو ايزوتوپ هيدروژن- را به درون توتاماك كه يك محفظه خلاء دوناتي شكل است، تزريق مي‌كنند. پلاسما يك جريان قوي الكتريكي، گازهاي دوتريوم و تريتيوم را گرم و آنها را يونيزه مي‌كند و يك حلقه از پلاسما، سوپي سوزان از ذرات باردار را به وجود مي‌آورد. حرارت امواج راديويي، مايكروويو و پرتوهاي پر انرژي، دوتريوم پلاسما را گرم مي‌كنند. در دماهاي بالا، دوتريوم و تريتيوم ذوب مي‌شوند و يك اتم هليوم و يك نوترون را توليد مي‌كنند. حبس كردن اگر پلاسما با ديواره‌هاي توتاماك تماس پيدا كند، واكنش همجوشي از بين مي‌رود. به همين دليل، ذرات باردار در يك ميدان مغناطيسي حبس مي‌شوند. اين ميدان توسط 39 آهنرباي ابررساناي مركزگرا (Poloidal)، هلالي (Toroidal) و يك آهنرباي مركزي كه در خارج محفظه دونات شكل و درون هسته آن قرار دارند، ساخته مي‌شود. پوشش داخلي توتاماك توسط محفظه‌اي فولادي به ضخامت 0.5 متر پوشانده شده تا ديواره هاي آن را در مقابل نوترون‌هاي پر انرژي محافظت كند.



اورانیوم ضعیف شده چیست؟
یک شنبه 17 شهريور 1392برچسب:,
:: 18:0 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

اورانیوم ضعیف شده چیست؟

اورانیوم ضعیف شده هم ماده ای شیمیایی و سمی است و هم ماده ای رادیو اکتیو. در مطالعات آزمایشگاهی، ثابت شده که این ماده به سلول های انسان آسیب می زند، موجب جهش DNA می شود و سرطان زا است.

اورانیوم ضعیف شده( اورانیوم تهی شده) (Depleted Uranium= DU )سه ویژگی دارد که آن را برای استفاده های نظامی مورد توجه قرار داده است. اول، اورانیوم دارای چگالی زیادی است (۰۷/۱۹گرم بر سانتی متر مکعب) که دو برابر چگالی سرب است. یعنی این که مرمی های تولید شده با اورانیوم دارای همان وزن مرمی های سربی هستند اما اندازه شان نصف آن است که موجب تمرکز انرژی جنبشی اصابت گلوله در مساحت کمتری می شود و به اورانیوم اجازه می دهد که در زره پوش های دشمن بهتر نفوذ کند. دومین ویژگی قابلیت اشتعال آن است. اورانیوم می تواند به راحتی مشتعل شود و با دمایی بالاتر از شش هزار درجه سانتی گراد بسوزد. سومین ویژگی اورانیوم ضعیف شده هم که خیلی خوشایند است این که زباله ارزان قیمتی است. این ماده ضایعاتی است که در فرآیند غنی سازی اورانیوم به دست می آید و استفاده غیر نظامی کمی دارد.



اورانیوم طبیعی عمدتا ترکیبی از ۳ ایزوتوپ است: اورانیوم ۲۳۸ (۲/۹۹ درصد)، اورانیوم ۲۳۵ (۷/۰ درصد) و اورانیوم ۲۳۴ (۰۵/۰ درصد). برای استفاده در بمب ها و راکتورها اورانیوم باید غنی شود به این معنی که درصد اورانیوم ۲۳۵ در آن بالا رود. راکتورهای هسته ای به حداقل غلظت ۳ درصد از اورانیوم ۲۳۵ نیاز دارند، درحالی که برای استفاده در بمب ها تاجایی که می شود باید غنی شود(حداقل ۷۰درصد). در طی فرآیند غنی سازی اورانیوم، اورانیوم به دو قسمت دارای غلظت کم و زیاد اورانیوم ۲۳۵ تقسیم می شود. نتیجه این می شود که در یک طرف اورانیوم غنی شده ودر طرف دیگر اورانیوم ضعیف شده داریم. اورانیوم ضعیف شده شامل ۸/۹۹ درصد اورانیوم ۲۳۸ و ۲/۰ درصد اورانیوم ۲۳۵ و ۰۱/۰ اورانیوم ۲۳۴ است. همه این ایزوتوپها خاصیت رادیو اکتیو دارند اما اورانیوم ۲۳۴ بر خلاف میزان کمش در این زباله ها، بیشترین نگرانی را ایجاد کرده است چرا که نیمه عمر کوتاهی دارد. یعنی تشعشعات بیشتری ساطع می کند.



استفاده از اورانیوم ضعیف شده به علت پتانسیل بالای خطر آن برای سلامتی، به شدت بحث بر انگیز است. وقتی یک پرتابه با زره برخورد می کند، مشتعل می شود و تبخیر می شود. نتیجه غبار اکسید اورانیوم است، که می تواند کیلومترها جابجا شود و به وسیله باد پخش شود. در این صورت نه تنها توسط سربازان حاضر در میدان جنگ، که توسط غیر نظامیان هم استنشاق خواهد شد. در داخل بدن، تشعشعات آلفا میتواند مستقیما سلامت جسمی را به مخاطره اندازد. این خطر وقتی مهمات حاوی اورانیوم ضعیف شده را انبار کرده اند وجود ندارد، چرا که تشعشعات آلفا از روکش گلوله ها به بیرون نمی تواند سرایت کند.



مخالفان، اورانیوم ضعیف شده را ماده ای غیر مجاز می دانند و استفاده از آن را جنایت جنگی می دانند. گزارش هایی مبنی بر افزایش میزان سرطان و تولد های ناقص در عراق وجود دارد. تشعشعات ناشی از غبار اورانیوم به عنوان فاکتور مؤ ثر در باره این مشکلات در عراق، همچنین سندرم بالکان و جنگ خلیج فارس شناخته شده است( نیروهای آمریکایی از اورانیوم ضعیف شده در کوزوو هم استفاده کرده اند.). بعضی موارد تحقیق شده با اثار تشعشعات رادیو اکتیو به طور کامل همخوانی دارد. تا کنون ایالات متحده از این که اورانیوم ضعیف شده را به عنوان عاملی برای این مشکلات قبول کند، خود داری کرده است. و گزارشاتی ارائه کرده است که اورانیوم ضعیف شده بی ضرر است مدعی شده که در این مورد مدارک محکم علمی وجود ندارد. به همان دلایل هم از رفع آلودگی از مناطق آلوده هم سرباز زده است.



● چه کشورهایی از اورانیوم ضعیف شده استفاده می کنند؟ 


حداقل کشورهایی که از اورانیوم ضعیف شده استفاده می کنند: 


انگلیس


آمریکا 


فرانسه


روسیه 


چین


یونان


ترکیه 


تایلند


تایوان 





مصر 


بحرین 


کویت


عربستان سعودی 


هند


بلاروس 


پاکستان 



عمان


بیشتر این کشورها اورانیوم ضعیف شده خود را از آمریکا خریده اند، اگرچه انگلیس، فرانسه و پاکستان مستقلا آن را تولید کرده اند.


تنها انگلیس و آمریکا از اورانیوم ضعیف شده در میدان جنگ استفاده کرده اند. از اورانیوم ضعیف شده در این جنگها استفاده شده است: جنگ خلیج فارس(۱۹۹۱)، اشغال عراق(۲۰۰۳)، بوسنی هرزگوین(۱۹۹۰)، جنگ ناتو علیه صربها در ۱۹۹۹. اگرچه گفته می شود که از این ماده در جنگهای دیگری(از جمله جنگهایی که اسرائیل در آن درگیر بوده است)استفاده شده است، اما این گزارشات هرگز تأیید نشده است.( در هر صورت در برخی نبردهای اسرائیل در تصاویر تلویزیونی دود ناشی از اورانیوم ضعیف شده به وضوح دیده می شود.)


● خطراتی که اورانیوم ضعیف شده برای سلامتی انسان دارد؟


۱) اورانیوم ضعیف شده هم ماده ای شیمیایی و سمی است و هم ماده ای رادیو اکتیو. در مطالعات آزمایشگاهی، ثابت شده که این ماده به سلول های انسان آسیب می زند، موجب جهش DNA می شود و سرطان زا است.


۲) گزارش هایی مبنی بر افزایش میزان سرطان و متولد شدن بچه های ناقص الخلقه بدو.ن شک نشان از استفادهاز این ماده، در چنین مناطقی است.


۳) نمایندگان دولتهای عراق و صربستان مشکلات سلامتی به وجود آمده در میان غیر نظامیان را در ارتباط با این ماده دانسته اند.


۴) بسیاری از نظامیان کهنه کار که تا الان زنده مانده اند، مشکلاتی را که از زمان جنگ تا کنون برای سلامتی شان پیش آمده را ناشی از این نوع مواد می دانند.


اطلاعاتی که از آزمایش بر روی حیوانات به دست آمده، نشان می دهد این ماده می تواند موجب چندین نوع مختلف سرطان بشود. در موشهای صحرائی، اورانیوم ضعیف شده در استخوانها، ماهیچه ها، جگر، طحال، کلیه ها و مغز انباشته می شود. در آزمایشات دیگری مشخص شده است که این ماده هم به دیواره های رگهای خونی مغز آسیب می رساند، هم به جفت. که آشکارا بر سلامت جنین تأثیر دارد. به طور کلی، اورانیوم ضعیف شده برای سلامتی زنان وبچه ها بیشتر از مردان سالم خطر دارد.


در سال ۲۰۰۸ طی یک تحقیق توسط مؤسسه پزشکی آمریکا گزارشی از وضعیت علم پزشکی را منتشر شد که در آن اولویت اصلی مطالعه بر روی ارتباط تشعشات اورانیوم ضعیف شده با این بیماری ها مشخص شده بود: سرطان کلیه، سرطان بیضه ها، سرطان ریه، بیماری های ریه، اختلال سیستم عصبی ومشکلات جنسی و رشدی.


● گسترش تحقیقات جهانی


چیزی که در تصاویر به چشم نمی آید، حجم بزرگی از تحقیقات است که بر روی تأثیرات این ماده در حال انجام است( جایی که آثار منفی اورانیوم ضعیف شده بر روی سلامتی افراد آشکار می شود). هیچ کدام از مطالعاتی که بر روی سربازان انجام شده است، آنقدر جامع و کافی نبوده است که بتواند نتیجه با معنایی به ما بدهد. همچنین هیچ تحقیق گسترده ای بر روی غیر نظامیان انجام نشده است.


در عراق، جایی که بزرگترین حجم اورانیوم ضعیف شده استفاده شده است، دولتهای آمریکا و انگلیس مسئول اصلی شرایطی هستند که تحقیقات در زمینه ان مواد را غیر ممکن ساخت و به محققان اجازه ادامه کار داده نشد.آنها جلوی تحقیقات بیشتر در این مورد را گرفتند. در مقابل این دولتها دلایل غیر قابل استناد علمی را برای بی خطر بودن این مواد و بی جا بودن نگرانی در این مورد را بیان می کنند.


اما در جایی که پای سلامتی انسان در میان است، باید روشی پیشگیرانه غالب شود. وقتی از نظر علمی در این مورد شک وجود داشته باشد، باید جلوی استفاده از این مواد گرفته شود تا بی خطر بودن آن قطعی شود.


● تخریبات محیط زیستی


برنامه محیط زیست سازمان ملل(The UN Environment Programme (UNEP) چند مکان در بالکان را که به وسیله اورانیوم ضعیف شده آلوده شده بودند، مورد بررسی کامل قرار داد اما در عراق تنها به یک تحقیق سرسری موفق شد. گلوله ها و مهمات ضد زرهیکه عمل نکرده بودند، در زیر زمین دفن شده بودند و در حال زنگ زدن بودند، در حالی که مواد داخل آنها به محیط زیست وارد میشد.


معلوم نیست که اورانیوم ضعیف شده پس از مدت طولانی در چنین وضعیتی بودن، به چه حالتی می رسد. مأموریت برنامه محیط زیست سازمان ملل(UNEP) در بوسنی و هرزگوین اورانیوم ضعیف شده را در آب آشامیدنی آنجا کشف کرد و پس از ۷ سال از گذشت درگیری ها، این ماده همچنان در هوا قابل تشخیص است. ۷ سال طولانی ترین دوره ای پس از پایان در گیری ها در یک منطقه است که در آنجا به مطالعه محیطی در مورد اورانیوم ضعیف شده پرداخته شده است. اورانیوم نیمه عمر رادیو اکتیوی در حدود چهار و نیم میلیارد سال دارد ( یعنی چهار ونیم میلیارد سال طول می کشد که نیمی از اتم های این ماده در اثر فعالیت رادیو اکتیویته به عنصر دیگری مبدل شوند.) بنابراین اورانیم اورانیوم ضعیف شده که در محیط زیست رها شده باشد، در بازه زمانی غیر قابل تصوری خطرناک است.


رفع آلودگی محیط هایی که در آن از اورانیوم ضعیف شده استفاده شده است نیازمند مشاهدات و تحقیقات خیلی دقیق به دنبال برداشتن و ریختن حجم زیادی از خاک و دیگر مواد است. بررسی آبهای زیرزمینی هم توسط برنامه محیط زیست سازمان ملل(UNEP) توصیه شده است. سازمان مبارزه علیه اورانیوم ضعیف شده ( Campaign Against Depleted Uranium= CADU) با کشورهایی که در این مورد مسئول هستند، جلساتی داشته است.


● اورانیوم ضعیف شده در لبنان


استفاده از این ماده در لبنان توسط رژیم صهیونیستی طبق شواهد بسیاری تأیید شده است. در صورتی که هنوز آثار آن مشخص نشده است. چرا که چند سال باید بگذرد تا همانند عراق آثار ان بر بدن کودکان ناقص الخلقه و بی گناه در اشک چشم لبنانی ها دیده شود. پس از آن توسط اسرائیلی ها بارها تکذیب شود و پس از سالها تلویحا بپذیرند و نهایتا در پیچ و تاب دعواهای احزاب لبنان فراموش شود.


● اورانیوم ضعیف شده در عراق


الان دیگر تأیید شده است که عراق واقعا حجم زیادی از اورانیوم را که آمریکابه وسیله بمباران در این کشور ریخته است، پذیرا بوده در حالی که قبلا فقط در گزارش های غیر رسمی به آن اشاره شده بود.(هم اکنون صحبت از استفاده آمریکا از یک بمب اتمی، تأ کید می کنم بمب اتمی خیلی کوچک در نزدیکی بصره در طی حمله به عراق است) بر اساس این گزارش ها بیش ازدو هزار تن اورانیوم ضعیف شده در عراق استفاده شده است و این غیر از ۲۳۰ تنی است که در سال ۹۱ در عراق استفاده شد.


این افشاگری وقتی جالب می شود که بفهمید تمام این مواد را ارتش آمریکا استفاده کرده است.تمام این مواد به وسیله گلوله بر علیه اهداف عراقی استفاده شده است.


در سطور بالا از خطرات این ماده برای انسان صحبت شد.اما باز هم با در نظر نگرفتن مشکلات تشعشعات رادیو اکتیو و سمی بودن این مواد، چیز وحشت انگیز دیگری هم در مورد این قضیه وجود دارد.


آمریکا در جنگ به اصطلاح علیه تروریسم اش، مدعی شد که تروریستها قصد دارند که بمبی اتمی را در داخل یکی از شهر های آمریکا منفجر کنند.


مراحل ساخت یک بمب اتمی شامل بدست آوردن اورانیوم یا پلوتونیوم، غنی سازی آنها و نهایتا ساخت بمب می شود. آسان ترین قسمت، ساخت بمب است. به طوری که یک دکتر فیزیک، در صورتی که به یک کتابخانه دسترسی داشته باشد، می تواند مراحل آن را بفهمد و دست به ساخت آن بزند. سخت ترین قسمت همان غنی سازی اورانیوم است. این کار نیاز به آزمایشگاه های پیشرفته دارد و بسیار سخت، زمان بر و خسته کننده است.


تروریستها برای ساخت بمب نیاز به اورانیوم دارند اما از آنجائیکه تعدادی عقل سالم هنوز در گوشه و کنار دنیا پیدا می شود، کسی به آنها اورانیوم نخواهد فروخت. اما خرید اورانیوم تنها راه تهیه آن نیست. اورانیوم به طور طبیعی عنصر فراوانی است به طوری که ۵۰ بار از طلا فراوان تر است. اورانیوم در خاکهای سراسر کره زمین موجود است با میانگینی حدود ۳ گرم بر تن. بنابراین تروریستها می توانند حتی با کندن حیاط پشتی خانه شان هم به استخراج اورانیوم بپردازند. اورانیوم غنی تر در معادن سنگ کانه اورانیوم یافت می شود. اما تروریستها به این معادن دسترسی ندارند و باید خیلی خوش شانس باشند که در حیاط پشتی خانه شان چنین معدنی بیابند. خلاصه این که استخراج اورانیوم کار سختی است و نیاز به واحدهای صنعتی و تجهیزات و امکانات دارد که نمی تواند برای سالها از چشم دیگران مخفی بماند. حتی در مناطق بسیار دور افتاده به وسیله ماهواره ها قابل کشف اند.


بنابراین وقتی فکرش را بکنید، می فهمید که دسترسی به اورانیوم برای تروریستها بسیار سخت تر از تصور است.


اما حالا بعد از دو جنگ خلیج فارس( دو جنگ آمریکا علیه عراق)، تنها کاری که تروریستها برای یافتن اورانیوم خود باید بکنند(انهم به صورت مجانی) این است که در اطراف میدانهای نبرد در عراق به وسیله یک دستگاه شمارشگر گایگر-مولر راه بروند و محل این مواد را کشف کنند و از زمین بیرون بکشند. اگر چه مهماتی که به هدف اصابت کرده اند قابل بازیافت نیستند، اما مهمات و گلوله هایی که هدف خود را از دست داده اند، در زیر شنها جا خوش کرده اند. صدها گلوله حاوی اورانیوم ضعیف شده در فاصله نزدیکی لز هر تانک منهدم شده عراقی قابل دسترس است. این عملیات مبارزه با تروریسم نیست این عملیات تقویت تروریسم است.


این عملیات ریاضی را انجام دهید:


اگر آمریکا ۲۰۰۰ تن اورانیوم ضعیف شده مصرف کرده باشد که دارای ۲/۰ درصد اورانیوم ۲۳۵ باشد می شود، چهار هزار کیلو گرم اورانیوم ۲۳۵ خالص خالص. بمبی که در هیروشیما منفجر شد، حدود ۲۵ کیلوگرم اورانیوم ۲۳۵ داشت. متخصصان معتقدند یک بمب پیشرفته اتمی می تواند (به وسیله خرج های مصنوعی پیچیده برای فشرده کردن هسته اورانیوم در یک جرم بحرانی)با یک کیلوگرم اورانیوم هم ساخته شود. این تکنولوژی از دسترس تروریستها خارج است. پس تروریستها برای ساخت یک بمب اتم به حداقل ۲۵ کیلوگرم اورانیوم نیاز دارند. ار آنجائیکه نمی شود همه ۲۰۰۰ تن گلوله استفاده شده یا حتی نصف آن را جمع آوری کرد یا اورانیوم ۲۳۵ را از اورانیوم ضعیف شده رها شده در عراق استخراج کرد، پس دست تروریستها برای تهیه مواد یک کلاهک هسته ای جنگی باز است.


پس با توجه به این مطالب، ساخت یک بمب اتمی برای تروریست ها آسانتر شده است. اگرچه غنی سازی کاری بسیار تخصصی است، و بسیار هزینه بر، وقتگیر و سخت است، اما غیر ممکن نیست. تروریستها می توانند سالها بر روی توسعه یک بمب اتمی کار کنند و میلیونها دلار هم در این راه خرج کنند.


اما تکنولوژی سطح پایین تر یعنی جدا کردن مواد واقعا راحت تر است، شاید نیازمند تلاش باشد اما به واقع هیچ تخصصی نمی خواهد. کاری که همه تروریستها باید انجام بدهند این است که ۱۰ تن از اورانیوم ضعیف شده را بردارند و آن را بکوبند تا به صورت گردی آماده در بیاید. در کنار آن یک خرج انفجاری قرار دهند و دراین زمان است که اگر در یک شهر بزرگ منفجر شود،گرد اورانیوم ضعیف شده یک بمب وحشتناک کثیف را ایجاد خواهد کرد. که باید به خاطر آن چندین میلیون انسان را از شهر خارج کنند، همه جا را تمیز کنند و سپس مردم بر گردند. تصور چنین کاری برای شهر های کوچک وحشتناک است چه برسد به شهری بزرگ.

 



زندگینامه پرفسور حسابی
شنبه 16 شهريور 1392برچسب:,
:: 22:22 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

زندگینامه پرفسور حسابی

سيد محمود حسابي در سال 1281 (ه.ش), از پدر و مادري تفرشي در تهران زاده شدند. پس از سپري نمودن چهار سال از دوران كودكي در تهران, به همراه خانواده (پدر, مادر, برادر) عازم شامات گرديدند. در هفت سالگي تحصيلات ابتدايي خود را در بيروت, با تنگدستي و مرارت هاي دور از وطن در مدرسه كشيش هاي فرانسوي آغاز كردند و همزمان, توسط مادر فداكار, متدين و فاضله خود (خانم گوهرشاد حسابي) , تحت آموزش تعليمات مذهبي و ادبيات فارسي قرار گرفتند. استاد, قرآن كريم را حفظ و به آن اعتقادي ژرف داشتند. ديوان حافظ را نيز از برداشته و به بوستان و گلستان سعدي, شاهنامه فردوسي, مثنوي مولوي, منشات قائم مقام اشراف كامل داشتند.

 شروع تحصيلات متوسطه ايشان مصادف با آغاز جنگ جهاني اول, و تعطيلي مدارس فرانسوي زبان بيروت بود. از اين رو, پس از دو سال تحصيل در منزل براي ادامه به كالج آمريكايي بيروت رفتند و در سن هفده سالگي ليسانس ادبيات, در سن نوزده سالگي, ليسانس بيولوژي و پس از آن مدرك مهندسي راه و ساختمان را اخذ نمودند. در آن زمان با نقشه كشي و راهسازي, به امرار معاش خانواده كمك مي كردند. استاد همچنين در رشته هاي پزشكي, رياضيات و ستاره شناسي به تحصيلات آكادميك پرداختند.

شركت راهسازي فرانسوي كه استاد در آن مشغول به كار بودند, به پاس قدرداني از زحماتشان, ايشان را براي ادامه تحصيل به كشور فرانسه اعزام كرد و بدين ترتيب در سال1924 (م) به مدرسه عالي برق پاريس وارد و در سال 1925 (م) فارغ التحصيل شدند.

 همزمان با تحصيل در رشته معدن, در راه آهن برقي فرانسه مشغول به كار گرديدند و پس از پايان تحصيل در اين رشته كار خود را در معادن آهن شمال فرانسه و معادن زغال سنگ ايالت "سار" آغاز كردند. سپس به دليل وجود روحيه علمي, به تحصيل و تحقيق, در دانشگاه سوربن, در رشته فيزيك پرداختند و در سال 1927 (م) در سن بيست و پنج سالگي دانشنامه دكتراي فيزيك خود را , با ارائه رساله اي تحت عنوان "حساسيت سلول هاي فتوالكتريك", با درجه عالي دريافت كردند.

 استاد با شعر و موسيقي سنتي ايران و موسيقي كلاسيك غرب به خوبي آشنايي داشتند وايشان در چند رشته ورزشي موفقيت هايي كسب نمودند كه از آن ميان مي توان به ديپلم نجات غريق در رشته شنا اشاره نمود.

 پروفسور حسابي به دليل عشق به ميهن و با وجود امكان ادامه تحقيقات در خارج از كشور به ايران بازگشت و با ايمان و تعهد, به خدمتي خستگي ناپذير پرداخت تا جوانان ايراني را با علوم نوين آشنا سازد. پايه گذاري علوم نوين و تاسيس دارالمعلمين و دانشسراي عالي, دانشكده هاي فني و علوم دانشگاه تهران, نگارش ده ها كتاب و جزوه و راه اندازي و پايه گذاري فيزيك و مهندسي نوين, ايشان را به نام پدر علم فيزيك و مهندسي نوين ايران در كشور معروف كرد. حدود هفتاد سال خدمت علمي ايشان در گسترش علوم روز و واژه گزيني علمي در برابر هجوم لغات خارجي و نيز پايه گذاري مراكز آموزشي, پژوهشي, تخصصي, علمي و ..., از جمله اقدامات ارزشمند استاد به شمار مي رود كه براي نمونه به مواردي اشاره مي كنيم:

 _ اولين نقشه برداري فني و تخصصي كشور (راه بندرلنگه به بوشهر)

 _ اولين راهسازي مدرن و علمي ايران (راه تهران به شمشك)

 _ پايه گذاري اولين مدارس عشايري كشور

 _ پايه گذاري دارالمعلمين عالي

 _ پايه گذاري دانشسراي عالي

 _ ساخت اولين راديو در كشور

 _ راه اندازي اولين آنتن فرستنده در كشور

 _ راه اندازي اولين مركز زلزله شناسي كشور

_ راه اندازي اولين رآكتور اتمي سازمان انرژي اتمي كشور

_ راه اندازي اولين دستگاه راديولوژي در ايران

 _ تعيين ساعت ايران

 _ پايه گذاري اولين بيمارستان خصوصي در ايران, به نام بيمارستان "گوهرشاد"

 _ شركت در پايه گذاري فرهنگستان ايران و ايجاد انجمن زبان فارسي

 _تدوين اساسنامه طرح تاسيس دانشگاه تهران

_ پايه گذاري دانشكده فني دانشگاه تهران

 _ پايه گذاري دانشكده علوم دانشگاه تهران

_ پايه گذاري شوراي عالي معارف

 _ پايه گذاري مركز عدسي سازي اپتيك كاربردي در دانشكده علوم دانشگاه تهران

 _ پايه گذاري بخش آكوستيك در دانشگاه و اندازه گيري فواصل گام هاي موسيقي ايراني به روش علمي

 _ پايه گذاري و برنامه ريزي آموزش نوين ابتدايي و دبيرستاني

 _ پايه گذاري موسسه ژئوفيزيك دانشگاه تهران

 _ پايه گذاري مركز تحقيقات اتمي دانشگاه تهران

_ پايه گذاري اولين رصدخانه نوين در ايران

 _ پايه گذاري مركز مدرن تعقيب ماهواره ها در شيراز

 _ پايه گذاري مركز مخابرات اسدآباد همدان

 _ پايه گذاري انجمن موسيقي ايران و مركز پژوهش هاي موسيقي

 _ پايه گذاري كميته پژوهشي فضاي ايران

_ ايجاد اولين ايستگاه هواشناسي كشور (در ساختمان دانشسراي عالي در نگارستان دانشگاه تهران)

 _ تدوين اساسنامه و تاسيس موسسه ملي ستاندارد

 _ تدوين آيين نامه كارخانجات نساجي كشور و رساله چگونگي حمايت دولت در رشد اين صنعت

 _ پايه گذاري واحد تحقيقاتي صنعتي سغدايي (پژوهش و صنعت در الكترونيك, فيزيك, فيزيك اپتيك, هوش مصنوعي)

 _ راه اندازي اولين آسياب آبي توليد برق (ژنراتور) در كشور

 _ ايجاد اولين كارگاه هاي تجربي در علوم كاربردي در ايران

 _ ايجاد اولين آزمايشگاه علوم پايه در كشور



سقف گنبدی نیروگاههای اتمی
شنبه 16 شهريور 1392برچسب:,
:: 21:58 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )
 

سقف گنبدی نیروگاههای اتمی

چرا سقف نیروگاه‌های اتمی گنبدی است؟

شبکه‌ای كه در دو جهت دارای انحنا باشد آن را گنبد می‌نامند. شاید رویه یک گنبد بخشی از یک کره یا یک مخروط یا اتصال چندین لایه باشد. گنبد‌ها سازه‌هایی با صلبیت بالا می‌باشند و برای دهانه‌های بسیار بزرگ تا حدود 250 متر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ارتفاع گنبد باید بزرگتر از 15% قطر پایه گنبد باشد. گنبدها دارای مرکز هستند.

سوخت یک نیروگاه هسته‌ای، اورانیوم است. اورانیوم عنصری است که در اکثر مناطق جهان از زیرزمین استخراج می‌شود.

اورانیوم بعد از مرحله کانه آرایی بصورت قرص‌های بسیار کوچکی در داخل میله‌های بلند قرار گرفته و داخل رآکتور نیروگاه نصب می‌شوند.

در داخل رآکتور یک نیروگاه اتمی، اتم‌های اورانیوم تحت یک واکنش زنجیره‌ای کنترل شده، شکافته می‌شوند.

در نیروگاه‌های هسته‌ای، معمولاً از یک سری میله‌های کنترل جهت تنظیم سرعت واکنش زنجیره‌ای استفاده می‌گردد.

عدم کنترل این واکنش‌ها می‌تواند منجربه تولید بمب اتم شود. اما در بمب اتم، تقریباً ذرات خالص اورانیوم 235 یا پلوتونیوم (باشکل و جرم معینی) باید با نیروی زیادی در کنارهم قرار گیرند.

نیروگاه های اتمی

واکنش‌های زنجیره‌ای همچنین باعث تولید یک سری مواد رادیواکتیو می‌شوند. این مواد در صورت رهایی می‌توانند به مردم آسیب برسانند.

بنابراین آنها را به شکل جامد نگهداری می‌کنند. این مواد در گنبدهای بتنی بسیار قوی نگهداری می‌شوند تا در صورت بروز حوادث مختلف ، خطری بوجود نیاید.

گنبد شکلa یک نوع گنبد از نوع دنده‌ای است. در صورتیکه تعداد دنده‌ها زیاد باشد باید به مسئله شلوغی اعضا در راس گنبد توجه شود که برای اجتناب از این مسئله بهتر است که برخی از دنده‌های نزدیک راس حذف شود.(شکل b)

گنبد دیگری به نام اشفدلر (مهندس آلمانی) در شکل (c) نشان داده شده است که تعداد زیادی از این نوع گنبدها بعد از قرن 19 توسط اشفدلر و دیگران ساخته شده است.

نیروگاه های اتمی

از ایرادات این گنبد می‌توان به مسئله شلوغی اعضا در راس اشاره کرد، که برای حل این مشکل همان راه حل بالا ارائه می شود. (شکل d)

نمونه دیگری از گنبدها گنبد "لملا " است .این گنبد را می توان به نوع ترکیبی از یک یا چند حلقه که با یکدیگر متقاطع هستند ،دانست (شکل های e-f)

شکل‌های (g و h) نوع دیگری از خانواده گنبدها را به نام گنبدهای دیامتیک نشان می‌دهد.

در شکل‌های (i و j) نمونه دیگری از گنبد های حبابی ملاحظه می‌کنید.

در شکل‌های (k و l) نمونه دیگری از گنبد ها به نا م گنبدهای ژئودزدیک ملاحظه می‌شود.

اتصالات در گنبد‌های دنده‌ای و اشفلدر حتما صلب هستند. از لحاظ پخش منظم نیرو، گنبد هاس ژئودزدیک، دیامتیک و حبابی بسیار مناسب هستند.

از امتیازات سقف‌های گنبدی ذخیره مقاومتی بیشتر، به دلیل داشتن درجات نامعینی بالا، در مقایسه با سایر سازه‌های متداول است. همچنین سختی و صلبیت زیاد قابلیت استثنایی برای حمل بارهای بزرگ متمرکز و غیر متقارن می‌باشد.

سقف گنبدها بسیار محکم‌تر از سقف‌های معمولیست.

برای درک ساده تر موضوع، تصور کنید وقتی یک خودکار را روی کاغذ قرار می‌دهید و کاغذ را بلند می‌کنید، کاغذ نمی‌تواند نیروی وزن خودکار را تحمل کند، اما اگر همان کاغذ را کمی انحنا دهید خواهید دید کاغذ انحنا داده شده تحمل وزن چند خودکار دیگر را هم دارد



شکار سلولهای سرطانی
شنبه 16 شهريور 1392برچسب:,
:: 21:56 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

پرسرعت‌ترین دوربین جهان برای شناسایی سلول‌های سرطانی سرکش با تلاش محقق ایرانی دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس ساخته شد.
 به گزارش سرویس فناوری خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)، توانایی تمیز دادن و ایزوله‌ کردن سلول‌های کمیاب از میان جمعیت بزرگ سلول‌های گوناگون به یکی از مهم‌ترین مباحث در حوزه کشف زودهنگام بیماری و نظارت بر فرایندهای درمانی تبدیل شده است.


سلول‌های تومور سرطانی در حال گردش یکی از نمونه‌‌های شایان توجه در علم پزشکی است زیرا فقط تعداد اندکی از آن‌ها در میان یک میلیارد سلول سالم وجود دارند، با این حال این سلول‌ها پیشروان متاستاز هستند که حدود 90 درصد مرگ و میر سرطانی را تشکیل می‌دهند.

سلول‌های «سرکش» به سرطان محدود نشده و حتی شامل سلول‌های بنیادی مورد استفاده در پزشکی احیاکننده و سایر انواع سلول‌‌ها نیز می‌شوند. متاسفانه شناسایی چنین سلول‌هایی بسیار دشوار است و دستیابی به دقت آماری درخور، مستلزم وجود ابزار خودکار با بازدهی بالا است که قادر به آزمایش میلیون‌ها سلول در مدت زمانی بسیار کوتاه باشد.

در حال حاضر میکروسکوپ‌های مجهز به دوربین‌های دیجیتال معیاری مناسب برای تحلیل سلول‌ها هستند اما سرعت آن‌ها بسیار کند است.

اکنون این روند با میکروسکوپ جدید نوری طراحی شده توسط دکتر بهرام جلالی، متخصص علوم کاربردی دانشگاه کالیفرنیا با سرعت بالاتری انجام می‌شود.

به گفته این محقق ایرانی به منظور شکار سلول‌های گریزپا، دوربین باید به طور مداوم قادر به گرفتن و پردازش دیجیتالی میلیون‌ها تصویر با سرعت بالا باشد. دوربین‌های CCD و CMOS معمولی به اندازه کافی سریع و حساس نیستند و خوانش داده‌های حاصل از آرایه پیکسل‌ها مستلزم زمان طولانی بوده و در مقابل نور با سرعت بالا نیز کمتر حساس‌اند.

وی معتقد است که شیوه فلوسیتومتری کنونی دارای بازدهی بالایی است اما به این دلیل که بر پراکندگی نور تک‌نقطه‌یی برای گرفتن تصویر متکی است، به اندازه کافی در شناسایی سلول‌های بسیار کمیاب مانند آن‌چه در مراحل اولیه یا مرحله قبل از متاستاز بیماران سرطانی قابل مشاهده است، حساس نیست.

به منظور غلبه بر چنین محدودیت‌هایی جلالی و همکارش دینو دی کارلو، میکروسکوپ نوری با بازدهی بالا را با قابلیت شناسایی سلول‌های کمیاب طراحی کرده‌اند که دارای حساسیت معادل یک قسمت در یک میلیون در زمان واقعی است.

این فناوری بر تکنولوژی دوربین کشش زمان فوتونیک تولید شده توسط تیم جلالی در سال 2009، با هدف ساخت سریع‌ترین دوربین پیوسته در حال اجرای جهان متکی است.

دوربین جدید با استفاده از میکروفلوئیدهای پیشرفته و پردازش تصاویر در زمان واقعی به منظور دسته‌بندی سلول‌ها در نمونه خون ساخته شده است.

این فناوری غربالگری خون، 100 هزار سلول را در هر ثانیه رصد می‌کند که تقریبا 100 برابر بالاتر از عملکرد تحلیلگرهای خون مبتنی بر تصویربرداری معمولی عنوان شده است.

به گفته دی کارلو، همکار جلالی، سیستم مزبور حاصل ترکیب چندین فناوری لبه تیغ و تعامل بین حوزه‌‌های بیومهندسی، مهندسی برق و همچنین موسسه نانوسیستم کالیفرنیا بوده و این امر بر اهمیت زیرساخت این فناوری برای تشخیص سلول محور می‌افزاید. تحقیقات جلیلی و دی کارلو شناسایی زمان واقعی سلول‌های کمیاب سرطان پستان با رکورد میزان خطاپذیری یک سلول در میلیون را به اثبات رساند‌اند.

نتایج اولیه نشان می‌دهد که این فناوری پتانسیل لازم برای شکار سریع سلول‌های تومور سرطانی در حال گردش از حجم بزرگی از خون را دارا بوده و این امر راهکار نوینی را برای رصد زودهنگام و از لحاظ آماری دقیق سرطان و همچنین برای نظارت بر کارآمدی دارو و پرتودرمانی پیش روی دانشمندان قرار می‌دهد.

این فناوری همچنین درصد خطا و میزان هزینه تشخیص‌های پزشکی را به میزان قابل تاملی کاهش می‌دهد.

این دانشمندان هم اکنون به منظور سنجش کاربرد بالینی سیستم جدید در حال استفاده از آن در آزمایش‌های کلینیکی هستند.



ده آزمایش برتر فیزیک
شنبه 16 شهريور 1392برچسب:,
:: 21:46 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

ده آزمایش برتر فیزیک

 

 

بسیاری از این گروه‌های پژوهشی توسعه پیدا كرده‌اند و برای انجام فعالیت با هم مشاركت می‌كنند.

 

 

 

 

 

 

 

اغلب آزمایش‌هایی كه درشماره‌ی September 2002‌ مجله‌ی دنیای فیزیك (Physics World) فهرست شده‌اند را می‌توان روی یك میزكار معمولی انجام داد و بهابزارهایمحاسبه‌ای پیشرفته‌تر ازخط‌كش و ماشین حساب نیاز ندارند. چیزی كه در همه‌ی اینآزمایش‌ها مشترك است، همان چیزیاست كه دانشمندان از آن به عنوانیبایینام می‌برند؛ یعنی، سادگی منطقی دستگاه‌های مورداستفاده و سادگی منطقی تجزیه و تحلیل. به عبارت دیگر، پیچیدگی ودشواری پدیده‌ها، بهطور موقت به كناری گذاشته می‌شود و نكته تازه ای از راز ورمزهای طبیعت كشف می‌شود.

 


 

 

 

 

فهرست چاپ شده در این مجله به ترتیب عمومیت آن رتبه‌بندی شده است. در رتبه‌ینخست، آزمایشی قرار دارد كه به وضوح ماهیت كوانتومی جهان فیزیكی را نشان می‌دهد. ین موارد باردیگر به ترتیب دوره زمانی مرتب شده‌اند كه نتیجه آن هم اكنون پیش رویشماست. این فهرست نگرش جالبی از تاریخ دو هزارساله‌ی اكتشاف را پیش روی مامی‌گذارد.

 

 
 
 

 

1- اراتوستن: اندازه گیری محیط زمین

 


 

 

 

 

در ظهر انقلاب تابستانی در یكی از شهرهای مصر،كه امروزه آسوان نامیده می شود،خورشیدمستقیم می‌تابد: اجسام هیچ سایه‌ای ندارند و نور خورشید تا انتهای یك چاهعمیق نفوذ می‌كند.

 

 

 

اراتوستن كه كتابدار كتابخانه‌ی اسكندریه در قرن سوم پیش از میلاد بود، هنگامیكه این مطلب را خواند، دریافت كه اطلاعات لازم برای محاسبه‌ی محیط زمین را دراختیار دارد. وی همان روز و همان ساعتی كه در بالا گفته شد، آزمایشی ترتیب داد ومشاهده كرد كه پرتوهای خورشید در اسكندریه تا حدودی مایل بوده و حدود هفت درجه ازخط عمود انحراف دارد.

 


 

 

 

 

حالا دیگر فقط محاسب‌های هندسی باقی مانده بود. فرض كنید زمین گرد است، در اینصورت محیط دایره آن 360 درجه است. با این تفسیر اگر دو شهر از یكدیگر 7 درجه دورباشند، می‌توان گفت به اندازه هفت سیصد و شصتم یا یك پنجاهم یك دایره كامل از همفاصله دارند. با اندازه گیری فاصله دو شهر، مشخص شد كه این دو 5 هزار استادیوم(واحد طول برابر با حدود185 متر) از یكدیگر دورند. اراتوستن نتیجه گرفت كه محیطزمین 50 برابر این فاصله یعنی 250 هزار استادیوم است. از آن‌جا كه دانشمندان درمورد طول واقعی یك استادیوم یونانی اختلاف نظر دارند، غیر ممكن است بتوانیم دقت ایناندازه گیری را تعیین كنیم. امابر پایه‌ی برخی از محاسبه‌ها گفته می‌شود خطای ایناندازه گیری حدود 5 درصد است (رتبه‌ی7)

 

 
 
 

 

2- گالیله : آزمایش چیزهای در حال سقوط

 

 

 

تا حدود سال های 1500 میلادی، مردم فكر می كردند چیزهای سنگین سریع‌تر ازاجسام سبك سقوط می‌كنند. هر چه باشد، این سخن ارسطو است. این كه یك دانشمند یونانباستان توانسته بود، همچنان سلطه خود را حفظ كند، بیانگر این است كه علم طی قرونوسطی چقدر تنزل كرده بود.

 

 

 

گالیلئو گالیله كه استاد كرسی ریاضیات در دانشگاه پیزا بود، آن قدر جسارتداشت كه دانش پذیرفته شده را با چالش روبه‌رو كند. این داستان از جمله ماجراهایمعروف تاریخ علم است: گفته می شود وی دو چیز با وزن‌های مختلف را از بالای برج كجشهر رها كرد و نشان داد كه آن چیزها در یك زمان به زمین می‌رسند. به چالش طلبیدنباورهای ارسطو ممكن بود برای گالیله به قیمت از دست دادن شغلش تمام شود، اما وی بااین كار نشان داد كه داور نهایی در موضوع‌های علمی، رویدادهای طبیعی است نهاعتبارافراد. (رتبه‌ی 2)

 



ادامه مطلب ...

مشهورترین عکس دنیای فیزیک
شنبه 16 شهريور 1392برچسب:,
:: 21:42 ::  نويسنده : دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )

 

مشهورترین عکس دنیای فیزیک

 

پنجمین کنفرانس سالوی که در اکتبر 1927 / مهر 1306 در بروکسل بلژیک برگزار شد، میزبان بزرگ‌ترین فیزیک‌دانان آن روزگار بود و عکس دسته‌جمعی این گروه، مشهورترین عکس دنیای فیزیک لقب گرفته است.
موسسه بین‌المللی فیزیک و شیمی سالوی (Solvay) در سال 1912 در بروکسل بلژیک و پس از برگزاری نخستین کنفرانس بین‌المللی سالوی در 1911 تاسیس شد. این موسسه در نیمه اول قرن بیستم بسیار مشهور بود و کنفرانس‌های بین‌المللی آن که هر چند سال یک‌بار برگزار می‌شد، شاهد دستاوردهای بسیار بزرگی بود.
مشهورترین این کنفرانس‌ها، پنجمین کنفرانس سالوی بود که در اکتبر 1927 / مهر 1306 با موضوع الکترون‌ها و پروتون‌ها برگزار شد. از 29 نفر فیزیک‌دان حاضر در کنفرانس، 17 نفر برنده جایزه نوبل شده بودند (یا در سال‌های بعد از کنفرانس برنده این جایزه شدند). موضوع این کنفرانس، بحث و بررسی در مورد نظریه کوانتومی بود که به‌تازگی ارایه شده بود و اصل عدم‌قطعیت هایزنبرگ به موضوع بحث داغ بین آلبرت اینشتین و نیلز بوهر تبدیل شده بود. اینشتین می‌گفت «خدا تاس نمی‌اندازد» و نیلز بوهر جواب می‌داد: «بس کن! به خدا نگو که چه‌کار کند».
مشهورترین عکس دنیای فیزیک

حاضران در عکس، از راست به چپ
ردیف سوم (ایستاده): لئون بریلوئین - رالف فاولر - ورنر هایزنبرگ (نوبل فیزیک 1932) - ولفگانگ پائولی (نوبل فیزیک 1945) - ژولز امیل ورشافلت - اروین شرودینگر (نوبل فیزیک 1933)- تئوفیل دی‌داندر-ادوارد هرزن - پل اهرنفست- امیل هنریوت- آگوست پیکارد


ردیف دوم: نیلز بوهر (نوبل فیزیک 1922) - مکس بورن (نوبل فیزیک 1954) - لوییس دی‌بروگلی (نوبل فیزیک 1929) - آرتور کامپتون (نوبل فیزیک 1927) - پل دیراک (نوبل فیزیک 1933) - هنریک کرامرز - ویلیام براگ (نوبل فیزیک 1915) - مارتین نادسن - پیتر دبیه (نوبل شیمی 1936)


ردیف اول: اوون ریچاردسون (نوبل فیزیک 1928) - چارلز ویلسون (نوبل فیزیک 1927) - چارلز گویه - پل لانگه‌وین - آلبرت اینشتین (نوبل فیزیک 1921) - هنریک لورنتز (نوبل فیزیک 1902) - ماری کوری (نوبل فیزیک 1903 و نوبل شیمی 1911) - مکس پلانک (نوبل فیزیک 1918) - اروینگ لنگ‌مویر (نوبل شیمی 1932)

 


 



چشم اندازی به فن آوری نانو
جمعه 15 شهريور 1392برچسب:,
:: 9:14 ::  نويسنده : فاطمه تورجی
 
 
 

چشم اندازی به فن آوری نانو

 

دید کلی

اصولاً اتصالات نیم رسانا - فلز جزء لازمه تمامی قطعات الکترونیکی هستند. چگونگی و رفتار اتصالات الکتریکی به غلظت سطح نیم رسانا (Si) ، تمیزی سطح و واکنشهای بین فصل مشترک فلز - نیم رسانا بستگی دارد. بعد از ابداع ترانزیستور توسط جان باردین ، مفهوم و اهمیت مدارهای مجتمع روشن شد. پس از آن موفقیت بزرگ تجمع و اتصال تعداد بسیار زیادی از قطعات کوچک و اجزای الکترونیکی بر سطح زیر لایه تحول عظیمی در ساخت عملی مدارهای مجتمع بوجود آورد. با ابداع و رشد فناوری مینیاتور کردن قطعات الکترونیکی بشر به یکی از مهمترین دستاوردهای خود در قرن گذشته نائل آمد.



تصویر

سیر تکاملی و رشد

با گسترش ، طراحی و ساخت مدارهای مجتمع بویژه افزایش انباشت قطعات در مقیاس خیلی بزرگ در دهه 1980 تلاش برای کوچکتر کردن قطعات میکرو الکترونیکی ادامه یافت. از طرف دیگر تقاضای جدید برای ساخت مدارهای مجتمع بویژه مدارهای حافظه شامل حافظه دینامیکی (DRAM) و حافظه استاتیکی (SRAM) با ویژگیهایی نظیر سرعت عمل بالا توأم با کاهش اتلاف توان روز به روز بیشتر شد. در روند تکاملی فناوری فرامینیاتور کردن قطعات الکترونیکی بویژه در هندسه و مقیاس زیر میکرونی کمتر از 0.2 میکرومتر یعنی حوزه فناوری طراحی قطعات نانو الکترونی و فناوری ساخت مدارهای مجتمع از پیچیدگی خاصی برخوردار است.

بطور متوسط در هر شش سال ابعاد و اندازه قطعات الکترونیکی به نصف تقلیل یافته است. امروزه با استفاده از مزیتهای مجتمع سازی کوچکی قطعات ، بطور مشخص فناوری نانو الکترونیک ساختار اینگونه مدارهای مجتمع گسترده‌تر و پیچیده‌تر است. بطوری که این مدارها از ده‌ها میلیون ترانزیستور ، دیود ، مقاومت الکتریکی و خازن تشکیل شده است. عرض خطوط اتصالات بین قطعات مختلف در سال 2000 میلادی 0.18 میکرومتر بود، که کاهش آن همچنان ادامه دارد.

در راستای پیشرفت این فناوری ، در همین سال مجموع فروش مدارهای مجتمع در دنیا حدود 150 میلیارد دلار بر آورد شده است. به این دلیل پیچیدگی و ویژگیهای خاص مدارهای مجتمع با ساختار نانومتری بکار گیری مواد جدید و ‏فرآیندهای بهتر تولید و همچنین استفاده روشهای دقیقتر ساخت.



تصویر

مشخصه یابی لایه نازک قطعات الکترونیکی

مشخصه یابی لایه نازک قطعات مختلف امری الزامی است. بعضی از فرآیندهای مهم ساخت مدارهای مجتمع عبارتند از:


  • نفوذ کاشت یونی
  • لیتوگرافی
  • فلز نشانی
  • غیر فعال سازی و غیره

    که در فناوری نانو الکترونیک برای انجام اینگونه فرآیندها باید از پارامترها و سیستمهای خاص استفاده کرد. مثلاً در فرآیند فلز نشانی استفاده از فلز مس بجای فلز رایج آلومینیوم برای اتصالات درونی بین قطعات مختلف عملی اجتناب ناپذیر است. اما نفوذ سریع اتمهای Cu در زیر Si در عملیات حرارتی منجر به تشکیل لایه سلیساید مس و در نهایت سبب تخریب قطعه الکترونیکی می‌شود. برای رفع این مشکل معمولاً از یک لایه میانی از مواد دیرگذار مانند Ta و w یا Mo به عنوان سد نفوذی برای بهبود پایداری حرارتی لایه Cu / Si استفاده می‌کنند.

ساخت و مشخصه یابی سیستمهای چند لایه‌ای

مشخصه یابی سیستمهای چند لایه‌ای Cu/Ta /Si اخیراً مورد مطالعه قرار گرفته است. در این زمینه تأثیر ولتاژ بایاس منفی بر بهبود خواص الکتریکی و ساختاری سد نفوذی لایه اسپاترنیگ Ta در سیستم Ta/Si گزارش شده است. همچنین در فناوری طراحی قطعات نانو الکترونی با استفاده ار میکروسکوب نیروی اتمی (AFM) و ساخت لایه‌های نازک مورد نیاز در مدارهای مجتمع مذکور فقط در محیطهای تعریف شده توسط روشهای دقیق لایه نشانی نظیر لایه نشانی با باریکه مولکولی (MBE) و لایه نشانی با بخار شیمیایی مواد آلی فلزی (MOCVD) امکان پذیر است.



تصویر

وسعت فناوری نانو الکترونیک

در فناوری نانو الکترونیک فرآیندهایی سطح زیر لایه Si از جمله سوزش توسط فناوری پلاسما و باریکه یونی صورت می‌گیرد. اینگونه مدارهای مجتمع با ویژگیهای منحصر به فرد خود در مقیاس نانومتری کاربردهای متنوعی از سیستمهای مزوسکوپیک دارند. بعضی از این کاربردها عبارتند از:


  • ساخت نقطه‌ها و سیستمهای کوانتومی تونل زنی در دیودهای تشدید کننده مثل Si و Gi

  • طراحی و ساخت تقویت کننده‌های لیزری مثل InGap

  • طراحی و ساخت میکرو احساسگرها و ماشینهای میکرونی برای کاربردهای خاص

  • به دلیل اهمیت فناوری نانو الکترونیک در چند سال گذشته چندین کارگاه عملی در زمینه‌های مختلف فیزیک و فناوری نانو الکتریک برگزار شده است. با ادامه رشد و گسترش این فناوری پیشرفته ، در آینده شاهد تحول عظیمی در زمینه‌های ارتباطات خواهیم بود.





فیزیک وفلسفه
جمعه 15 شهريور 1392برچسب:,
:: 9:10 ::  نويسنده : آزاده نظری

 

فیزیک وفلسفه
   

فیزیک وفلسفه


فیزیک علمی است که روابط ریاضی یک پدیده را که خاصیت تکرار داشته باشد بصورت یک قانون بیان می کند هر چند ممکن است تعاریف متفاوتی از فیزیک ارائه داد ولی مهم آن است که علم فیزیک در مورد روابط بین اشیاء مادی بحث می کند.

ابتدای فلسفه فیزیک

فلسفه ، این دانش در پی توضیح اصل پدیده هاست هر چند در تعریف فلسفه بزرگان زیادی اظهار نظر کرده اند می توان این تعریف هگل را ذکر کرد(فلسفه تحقیق اشیاء به اندیشه و دیده خرد است) شاید بتوان گفت فلسفه روشنی بخش راهی است که دانش در آن طی مسیر می کند و به همین دلیل علم و فلسفه رابطه ای بسیار نزدیک و پیوسته برای درک جهان دارند اگر کل دانش را یک خط فرض کنیم تا جایی که مربوط به امور ماده و اشیا می شود را علم مادی و از آن به بعد که در وراء ماده است را ماوراء ماده یا متافیزیک گویند با این مقدمه نظرات فلسفی که توسط فیزیکدانان مطرح شده است را به طور مختصر مرور می کنیم. بسیاری از دانشمندان اعصار گذشته از فلاسفه زمان خود بودند و تقریباً در تمام علوم زمانه خود احاطه داشتند در تاریخ مردانی از علوم مادی بودند که در عین حال دلمشغولی فلسفی نیز داشتند و سعی می کردند دیدگاه فلسفی خود را با پیشرفت علوم همزمان سازند خوب برگردیم به زمان خلق فیزیک به صورت کلاسه شده که از زمان گالیله و اسحاق نیوتن آغاز شد هنگامی که اسحاق نیوتن اصل جاذبه عمومی و گرانش را بنیان نهاد پرسشهایی در مورد علیت مطرح شد از جمله اگر علت وزن جاذبه است پس علت جاذبه چیست؟ هر چند اسحاق نیوتن در جواب می گفت اگر ما با دیدن چرخ دنده های ساعت به طرز کار آن پی ببریم ولی شناختی از نیرویی که باعث نوسان آونگ آن می شود نداشته باشیم همین پیشرفت خود گامی به جلو است و سعی می کرد از حیطه ای که منجر به سئوالات فلسفی می شود دوری کندپس از موفقیت کارهای گالیله و اسحاق نیوتن دیگاه مکانیکی جهان بسیار رونق گرفت ظاهرا با در نظر گرفت هر سیستم به صورت یک دستگاه و بکار بردن قوانین اسحاق نیوتن می توانستند علت حرکات و واکنشهای آن را توضیح دهند و این خود سرآغاز پرسشهایی در مورد موجبیت (جبر و اختیار)شد آیا انسان موجودی دارای اراده است و یا موجودی محکوم به قوانین مکانیکی است تصور مکانیکی که بعد از قرن هفدهم با قوانین اسحاق نیوتن حمایت می شد تصویری کاملا مکانیکی از جهان ترسیم می کرد به طوری که لاپلاس در جایی می گوید اگر ریاضیدان نابغه ای پیدا شد که بتواند تحولات تک تک ذرات یک سیستم را محاسبه کند می تواند پیش بینی کند کل سیستم در لحظه بعد به چه صورت خواهد بود البته تفکر ماشینی فهم بسیاری از مسائل طبیعت را فراهم آورد و در قرن هفدهم مکانیک نیوتنی زیر بنای فلسفه مادی به رهبری هابز بود در این طرز تفکر انسان را همانند ماشینی تصور می کردند که بدنی از ماده دارد حتی احساساتش را ناشی از حرکت مکانیکی ذرات بدنش می دانستند و کل جهان مانند ماشین عظیمی شباهت می یافت که هر کس در جای خود مانند چرخ دنده های ساعت مشغول کار می شد و هیچ اختیاری از خود نداشت و مسئول هیچ یک از اعمال خود نبود چون از خود اراده ای نداشت در این صورت آنچه را که ما از آن احساس به اراده می کنیم چیست؟

فلسفه فیزیک از دیدگاه فیلسوفان

دکارت می گفت :محقق است که خدا قبلا همه چیز را مقدر کرده است و قدرت اراده فقط ناشی از اینست که ما به قسمی عمل می کنیم که از نیروی خارجی که به سبب آن مجبور به عمل خاصی هستیم آگاه نمی باشیم. دنیای جدیدی که گالیله و نیوتن.. ساخته بودند حتی عامه مردم را درگیر خود کرده بود هرچند مردم بصورت فطری از آن سر باز می زدند و آن را قبول نداشتند آنها اراده می کردند و به مقصود می رسیدند در واقع فیزیک کلاسیک از طرز تفکر موجبیت (دترمی سیسم ) دفاع می کرد و پایه استدلالات آن بر پایه منطق ریاضی بود و ظاهرا چاره ای جز قبول موجبیت در طبیعت نبود امانوئل کانت برای رفع این مشکل در مورد آزادی اراده می گوید اگر عالم فقط همین است (که می بینیم) در این صورت بدیهی است که اراده نمیتواند آزاد باشد یعنی که چیزی را که می بینیم شاید چیزی نباشد که در واقع هست همان مثال مشهور غار افلاطون که کسانی که در زنجیر شده اند سایه ها را واقعیت می شمارند و نمی دانستند که سایه ها فقط سایه ای از واقعیت هستند! کانت بدین صورت عقیده خود را بیان می کند که پدیده ها فقط نشانه ها و نمایشهایی از حقیقت مطلق هستند نه خود حقیقت و استدلال می کند که منشاء اصلی آنها باید در جایی غیر از این عالم پدیده ها باشد بطوری که هر چند یک پدیده با پدیده دیگر رابطه علت و معلول داشته باشد ضرورتی برای قبول علیت بین تولید کنندگان آن پدیده نباشداگر، توجه خود را به پدیده ها معطوف کنیم ظاهرا قوانین ماشینی و جبر درست هستند و اگر بتوانیم با حقیقتی که اساس و اصل پدیده ها ست تماس حاصل کنیم شاید ببینیم که چنین قانونی وجود ندارد کانت در ادامه می گوید هدفش اثبات آزادی اراده نبود بلکه فقط می خواست این مسئله را حل کند که حداقل طبیعت و آزادی متضاد هم نیستند البته آنان سعی می کردند آزادی اراده را به اثبات برسانند هر چند بطور کامل موفق نشدند مکانیک نیوتنی توسط فرمولهای ریاضی پایه ریزی شده بود و ظاهرا شکست ناپذیر بنظر میرسید اما پس از مدتی مشخص شد آنگونه که در ابتدا فکر می کردند نمی توانند تمام پدیده ها را توجیه کنند از جمله خواص نور که خاصیت دوگانه ای از خود نشان می داد هم عصر نیوتن، هویگنس از لحاظ هندسی ثابت کرد که نور دارای خاصیت موجی است هر چند بعضی از پدیده ها با در نظر گرفتن خاصیت ذره ای نور قابل توجیه بوده با این حال در پدیده ها یی مانند تداخل و پراش نظریه ذره ای دچار مشکل می شد و در عوض نظریه موجی به طور کامل آنها را توجیه می کرد.

فیزیک کلاسیک از دیدگاه فلسفه

فیزیک کلاسیک با این تناقضات وارد مرحله جدیدی می شد اوایل قرن بیستم مصادف شد با چند انقلاب فکری در محدوده ها ی مختلف فیزیک از ذرات زیر اتمی تا کهکشانها دستخوش تحولات جدی گشت نظریه کلاسیک در مورد اثر گذاری دو جسم متحرک از راه دور فرض می کرد که در تمام فضا ماده ای به نام اتر وجود دارد و سرعت نور را نیز بی نهایت فرض می کرد اثبات عدم و جود اتر و آزمایشهایی که برای آشکارسازی اتر صورت گرفت دانشمندان را متقاعد کرد که اتر اصلا و جود خارجی ندارد و با عث شد دیدگاهی کامل تر از نظریه کلاسیک شکل گیرد، نظریه جدید نسبیت انیشتن که با فرض و اثبات متناهی بودن سرعت نور توانست بسیاری از تناقضات را حل کند.یکی از مسائلی که مکانیک کلاسیک نمی توانست آن را توضیح دهد پدیده تشعشع بود که پاسخ به آن منجر به پیدایش حوزه جدیدی در دنیای اتمی شد این انقلاب جدید انقلاب مکانیک کوانتومی بود نام ماکس پلانک خود را در این تحولات نشان می دهد که تابش را نیز چیزی مادی فرض کرد که از اتمها تشکیل شده بودند او پدیده تشعشع را همانند رگباری از انرژی تصور کرد و آنرا منقطع دانست که این مقادیر جدای انرژی تابش را کوانتوم نامید. تئوری او چند سال بعد توسط انیشتین فرمول بندی شد و به طور عملی در آزمایش فوتو الکتریک به اثبات رسید و از این رهگذر مفهوم فوتون وارد فیزیک شد. بعد از شکل گیری مکانیک کوانتومی که افرادی مانند هایزنبرگ و بور در آن نقش اساسی داشتند و تحولات فیزیک جدید باعث نگرشهای جدیدی شد تصویری که ما از طبیعت داریم تنها جزئی از حقیقت است که بصورت قابل فهم می توانیم تصور کنیم در فیزیک جدید دو تصویر جزئی از طبیعت وجود دارد تصویر جزئی و تصویر موجی که هر کدام برای خود اهمیت دارند مثلا برای فهم پدیده فوتوالکتریک از تصویر ذره ای استفاده می کنیم یا برای فهم پدیده تداخل از خاصیت موجی استفاده می کنیم آیا طبیعت با این دوگانگی قابل فهم است؟ در اینجا می خواهم مثال تاریخی در مورد دوگانگیهای قوانین ساخته شده بدست بشر را یادآور شوم حرکات اجرام آسمانی همواره جالب بوده است و بطلمیوس در دوران زمین مرکزی توانست با فرض اینکه زمین مرکز جهان است با دقت خوبی مدارات سیارات و زمان طلوع و غروب آنها را محاسبه کند. قرنها بعد کوپرنیک ادعا کرد که زمین مرکز جهان نیست و مانند ذره ای کوچک همانند سیارات دیگر گرد خورشید می گردد این نظریه نیز توانست با دقت حرکت اجرام سماوی را پیشگویی کند پس دو سیستم که هر دو نتایج تقریبا یکسانی دارند در دست داشتند ولی کدام یک حقیقت را پیش بینی می کرد؟ اگر هر دو به یک صورت زمان بر آمدن سیاره ای را پیشگویی می کنند کدامیک بر دیگری ترجیح دارد؟
اگر هدف علم فقط پیشگویی وقایع آینده بصورت یک قانون باشد در آن صورت نمی توان یک قانون را واقعیت بیرونی اشیاء دانست شاید گفته انیشتین در مورد قوانین فیزیک جالب باشد که می گفت :قوانین فیزیک باید ساده باشند .پس اگر دو نظریه که نتایج معادلی داشته باشند در دست داشته باشیم آنکه ساده تر است قابل قبول تر است این نشان می دهد که دانش هیچگاه نمی تواند ادعا کند آنچه را که بیان می کند حقیقت مطلق است.

لاپلاس گفته بود اگر حالت فعلی تک تک ذرات را بدانیم حالت بعدی آن را می توانیم محاسبه کنیم که این به نوعی بیان قانون علیت است و مکانیک کلاسیک علیت را به وضوح نشان می دهد اما فیزیک جدید و اصل عدم قطعیت هایزنبرگ در مکانیک کوانتومی بیان می کند که ما زمان حال یک ذره را هم نمی توانیم با دقت تعیین کنیم پس پیشگویی بعدی ما نیز نمی تواند دقیق باشد و نیز می گوید ما تنها می توانیم شناختی صرفا آماری داشته باشیم و آینده ای که پیش بینی می کنیم نیز آماری خواهد بود و هیچگاه نمی توانیم با دقت آینده را پیش بینی کنیم برای مثال اگر بخواهیم جای یک الکترون را دور هسته بدانیم باید دسته نوری که خود دارای انرژی هستند از آن بازتاب کند و چون الکترون کوچک است پس باید نوری با طول موج کوتاه را مورد استفاده قرار دهیم یعنی هر چقدر بخواهیم دقیق تر باشیم، باید طول موجها کوتاهی بکار ببریم که خود دارای انرژی بیشتری هستند و باعث انحراف الکترون از مسیر قبلی آن می شوند بعبارتی می توان گفت هر تلاش برای شناخت دقیق(البته از نقطه نظر ما) جهان به عامل مزاحمی بر می خورد که فقط اجازه می دهد شناخت نسبی از آن کسب کنیم هر چند بعضی ها عدم قطعیت را قبول ندارند و می گویند که این بخاطر جهل ماست با این حال فیزیک جدید در مورد موجبیت نظرات جدیدی ارائه کردند بورن در کتاب فلسفه طبیعی علت و شانس می نویسد شکی نیست که فرمالیزم مکانیک کوانتومی و تعبیر آماری آن در تنظیم و پیش بینی تجارب فیزیکی خیلی موفق بوده اما آیا اشتیاق به فهم و توضیح اشیاء را می توان با نظریه ای که وضوحا و بی پروا آماری و غیر موجبیتی است ارضا کند آیا، می توانیم به قبول شانس و نه علت به عنوان قانون متعالی جهان فیزیکی راضی باشیم. به این سئوال جواب اینست که علیت به مفهوم درست آن حذف نمی شود بلکه تنها تعبیر سنتی از آن که با دترمی سیسم (جبرگرایی ) تطبیق می کند حذف میشود…علیت در تعریف، این اصل است که یک واقعیت فیزیکی بستگی به دیگری دارد و کاوش حقیقی کشف این و ابستگی است و این هنوز در مکانیک کوانتومی صادق است گرچه اشیا مورد مشاهده که برای آنها این وابستگی ادعا می شود متفاوتند، اینها احتمالات حوادث بنیادی هستند و نه خود حوادث فردی .

نظر انیشتین در مورد میکانیک کوانتمی

آلبرت انیشتین با مکانیک کوانتومی کاملا موافق نبود او معتقد بود یک نظریه کامل باید خود رویداد ها را توصیف کند نه فقط احتمال آنها را او می گوید: من ناچارم اعتراف کنم که برای تعبیر آماری ارزشی گذرا قائلم من هنوز به امکان ارائه طرحی از واقعیت
یعنی نظریه ای که بتواند خود اشیاء را نمایش بدهد،نه فقط احتمال آنها را ایمان دارم.
انیشتین تا زمان مرگش حاضر به قبول مکانیک کوانتومی نشد.





سرچشمه اصلی علم فیزیک
جمعه 15 شهريور 1392برچسب:,
:: 9:4 ::  نويسنده : آسیه برومندی

 

سرچشمه اصلی علم فیزیک

رسیدن به منبع و سرچشمه اصلی علم فیزیک به اندازه رسیدن به سرچشمه بسیاری از رودهای بزرگ دشوار است. همانگونه که یک رود بزرگ از چندین چشمه کوچک حاصل می‌گردد، چشمه‌هایی که رود عظیم علم فیزیک را بوجود آورده‌اند، در سراسر زمین پراکنده بودند که انسان اولیه ، یعنی انسان متفکر بر آن سکونت داشته است. اما به نظر می‌رسد که بیشتر این مردم در دامنه جنوبی شبه جزیره بالکان (یونان باستان) بوده‌اند. جالب توجه است که ملل قدیمی دیگر مانند بابلیان و مصریان که در توسعه ریاضیات و نجوم سهیم بوده‌اند، در پیشرفت فیزیک هیچ سهمی نداشته‌اند.

چون خدایان بابلیان و مصریان دور از مردم و در میان ستارگان می‌زیستند، حال آنکه خدایان یونانیان در ارتفاعی تنها در حدود 3000 متر بر قله کوه اولمپ زندگی می‌کردند. و اصطلاح مانیتیسم (مغناطیس) از نام چوپانی به نام (σηυγαm) سرچشمه می‌گیرد. تشخیص تقدم یا تأخر زمانی این کشفیات افسانه‌ای دشوار است.
تصویر

نقش دانشمندان در پیدایش فیزیک

  • کشف فیثاغورث کاملاً مستند است. وی با اطمینان از اینکه اعداد بر جهان حکومت می‌کنند، به تحقیق درمورد رابطه میان طول تارها در آلات موسیقی پرداخت که ترکیبات هماهنگی از اصوات تولید می‌کنند. این کشفیات او شاید نخستین بیان ریاضی یک قانون فیزیکی باشد و بتواند نخستین گام در پیدایش فیزیک نظری باشد.

  • یکی دیگر از افرادی که در پیدایش فیزیک سهم داشته است، ارسطو می‌باشد. هر چند ارسطو در تمام مباحث کارهای بزرگی انجام داده است که اندیشه انسانی را مدت 2000 سال پس از مرگ خود تحت تأثیر قرار داده ، اما مهمترین سهم او در فیزیک نام گذاری این علم می‌باشد که از کلمه‌ای یونانی به نام طبیعت اقتباس شده است.

  • ارشمیدس دانشمند نامدار دیگری است که حدود یک قرن بعد از ارسطو زندگی می‌کرد. وی دانشمند علم مکانیک بوده که قوانین اهرمها را بیان نموده و مسأله یافتن مرکز ثقل هر جسم معین را مورد بحث قرار داد. مهمترین کشف ارشمیدس قانون او درمورد اجسام غوطه ور در یک مایع می‌باشد.

تحولات اولیه علم فیزیک

با زوال فرهنگ یونانی ، تکامل علم بطور کلی و علم فیزیک ، بخصوص به یک حالت رکود مجازی در آمد و این مدت تقریباً هزار سال طول کشید، تا اینکه سرانجام امپراطوری عربی در قرن هشتم تمام سرزمینهای جنوبی دریای مدیترانه را احاطه کردند و از تنگه جبل الطارق تا اسپانیا پیش رفتند. اعراب کتابهای به جا مانده از کتابخانه‌های یونانیان را ترجمه کرده و پرچمدار علم شدند. اما اعراب در زمینه علم فیزیک چندان کار زیادی انجام ندادند.

سرانجام در قرن 12 امپراطوری عرب با حمله چنگیزخان مغول و سیر تاریخی جنگهای صلیبی در بیت المقدس به سرعت رو به زوال رفت و در همین دوران کشورهای اروپایی به تدریج از دوران هرج و مرج و تاریکی قرون وسطی خارج شدند. و آموزش دوباره رونق گرفت، اما این آموزش بیشتر زیر نظر کلیسا بود و لذا بیشتر مطالعات بر نوشته‌های ارسطو مبتنی بود. و چون ارسطو در زمینه علوم طبیعی چندان تبحری نداشت، لذا به تجدید حیات علم فیزیک در اروپا کمکی نکرد.

سیر تکاملی علم فیزیک

  • درهم آمیختگی علوم طبیعی با علوم الهی را در این دوره می‌توان از کتاب هیأت مردوز یوهان کپلر دریافت.

  • یکی از افرادی که در این دوره در علم دینامیک به پیشرفتهای خوبی نایل شد، گالیله بود که با مطالعه حرکت آونگ شروع کرد. وی از نخستین فیزیکدانان نظری و عملی بود.

  • بعد از گالیله ، اسحاق نیوتن دومین دانشمند فیزیک به شمار می‌رود که مطالعات ثمربخشی را در زمینه‌های مختلف فیزیک انجام داد، بطوری که بعد از او دانشمندان زیادی مانند پاسکال (Pascal) ، برنولی (Bernoulli) ، هویگنس و غیره هر کدام در زمینه خاصی مطالعات اسحاق نیوتن را ادامه دادند.

  • هویگنس به ادامه مطالعات اسحاق نیوتن در زمینه نور پرداخت. اسحاق نیوتن نور را ذره می‌دانست، اما هویگنس عقیده داشت که نور موج است، اما چون اسحاق نیوتن در این زمان در میان معاصرانش شخصیت برجسته‌ای بود و نیز به دلیل ناتوانی هویگنس در تکمیل نظریه‌هایش با دقت ریاضی ، با وجود برتری ظاهری نظریه او بر نظریه نیوتن ، نظریه هویگنس پذیرفته نشد و لذا این بحث معلق ماند. تا اینکه در سال 1800 تامس یانگ توانست پدیده حلقه‌های نیوتن را بر مبنای طبیعت موجی نور توضیح دهد.

  • کارهای یانگ و معاصر فرانسویش فرنل (Fresnel) صحت و اعتبار نظریه موجی نور را به طرز قاطعی برقرار ساختند. بعد از این ، تقریباً علم فیزیک به شاخه‌های مختلف تقسیم شد و دانشمندان مختلف در زمینه‌های گوناگون فیزیک مطالعات ارزنده‌ای را انجام دادند که پایه و مبنای این مطالعات را می‌توان همان کارهای اسحاق نیوتن و گالیله دانست و بدین ترتیب علم فیزیک در شاخه‌های مختلف توسعه یافت.

سهم بکرل در تکامل علم فیزیک

در سال 1896 هانری بکرل (Becquerel) که از کشف اشعه ایکس توسط رونتگن اطلاع یافته بود، بر آن شد که ببیند آیا چیز دیگری هم شبیه اشعه ایکس از مواد فلورسانس که براثر تابش نور درخشان می‌شوند، صادر می‌شود یا نه. لذا بلورهایی از کانی (سنگ معدن) معروف به اورانیل (سولفات مضاعف اورانیوم و پتاسیم) را انتخاب کرد. چون بکرل عقیده داشت که تابش نتیجه روشنایی خارجی است، یک بلور اورانیل را در صفحه کاغذ سیاه قرار داد و آنرا جلوی پنجره گذاشت. وقتی که بعد از چند ساعت قرار دادن در مقابل نور خورشید فیلم عکاسی را ظاهر کرد، لکه‌های تیرهایی را بر روی فیلم مشاهده کرد.

او این آزمایش را چند بار تکرار کرد و هر بار با آنکه کاغذ سیاه بیشتری دور صفحه می‌پیچید، باز هم لکه را مشاهده می‌کرد. چون هوای پاریس چندین روز بارانی بود، لذا بکرل صفحه عکاسی لفاف پوش با بلور اورانیل را در کشوی میز خود قرار داد تا هوا مساعد شود. خورشید تا چند روز در هوا نمایان نشد و روزی هم که خورشید در آسمان ظاهر می‌شد، اغلب ابرهایی آنرا پوشانده بود.

با این حال بکرل بازهم صفحه عکاسی را درمعرض نور آفتاب قرار داد. بعد از مدتی که صفحه عکاسی را ظاهر کرد، برخلاف تصور ملاحظه کرد که بجای لکه های سیاه که قبلاً در روزهای آفتابی ملاحظه می کرد، لکه سیاه قیر مانندی در زیر جایی که اورانیل قرار داشت روی صفحه ظاهر شده بود. لذا وی دریافت که ظاهر شدن لکه های سیاه ربطی به قراردادن در مقابل نور آفتاب ندارد.

بکرل بلور اورانیل را گرم کرد، سپس آنرا سرد کرد و بصورت گردی درآورد و در اسیدها حل کرد. خلاصه دریافت که این خاصیت تازه کشف شده ماده که نام رادیواکتیویته بر آن داده شده است، هیچ سر و کاری با راه فیزیکی یا شیمیایی که بوسیله آن اتمها به یکدیگر پیوسته‌اند، ندارد بلکه خاصیتی نهفته در خود اتم است.




صفحه قبل 1 2 3 4 5 صفحه بعد

درباره وبلاگ

سلام و درود به همه دوستان عزیز و خوانندگان گرامی این وبلاگ با تلاش چند تن از دانشجویان هسته ای1- آقای دکترمهدی ادیبی دکتری(phd مهندسی هسته ای)- 2-خانم مهسا بلاغی3_خانم زینب خیری 4-خانم آسیه برومندی 5_خانم آزاده نظری 6-خانم فاطمه تورجی 7-خانم نجمه سلیمانی نژاد8-آقای بهزاد خسروپور9-آقای فرشاد احمدی10-آقای عمادالدین زارعی جهت آشنایی دوستان بارشته مهندسی هسته ای وپیشرفت های روز افزون کشور عزیزمان سرزمین پاک آریا در زمینه انرژی صلح آمیز هسته ای ایجاد شده است, به امید فردایی روشن NUCLEAR.ENG.Loxblog.COM
آخرین مطالب
<-PostTitle->
آرشيو وبلاگ
شهريور 1399
خرداد 1399
فروردين 1399
اسفند 1398
مرداد 1398
تير 1398
فروردين 1398
بهمن 1397
تير 1397
فروردين 1397
اسفند 1396
دی 1396
مهر 1395
ارديبهشت 1394
شهريور 1393
خرداد 1393
فروردين 1393
اسفند 1392
بهمن 1392
دی 1392
آذر 1392
آبان 1392
مهر 1392
شهريور 1392
پیوندهای روزانه
وبلاگ انجمن دوستان مهندسی هسته ای تخت جمشید
سایت انجمن دوستان مهندسی هسته ای تخت جمشید
روزنامه خراسان
دانشگاه آزاد اسلامی ارسنجان
ساختن وبلاگ
شماره پیمان کارها
حمل ته لنجی با ضمانت از دبی
خرید از چین
قلاده اموزشی ضد پارس سگ
الوقلیون
نمايش تمام پیوندها
پيوندها
هات چت
ابزار وبلاگ
خرید لایسنس نود32
amirashkan
دکتر جلال صمیمی(دانشکده فیزیک دانشگاه صنعتی شریف)
Polytechnic University of Turin of italy
مهندسی هسته ای وفیزیک هسته ای نجف آباد اصفهان
انرژی اتمی
Nuclear Energy CONVERSION,EL_ WAKILدانلود به انگلیسی قسمت دوم
Nuclear Energy CONVERSION,EL_ WAKIL دانلود به انگلیسی قسمت اول
دانلود لامارچ فارسی _(شامل 11فصل ودوبخش اضافه تر)کتاب تدریس شده برای درس فیزیک راکتور1 و2ویکی از منابع برای رشته مهندسی هسته ایnuclear engineerدرمقطع فوق لیسانس_lamarch engineer persian
دانشکده مهندسی هسته ای وفیزیک امیرکبیر
Nuclear Technology Education Consortium
University of Ontario Institute of Technology, Oshawa
Arkansas Tech University
http://asranuclear.mihanblog.com
جی پی اس موتور
جی پی اس مخفی خودرو

تبادل لینک هوشمند
برای تبادل لینک  ابتدا ما را با عنوان مهندسی هسته ای وفیزیک هسته ای ارسنجان فارس و آدرس nuclear.engineer.LXB.ir لینک نمایید سپس مشخصات لینک خود را در زیر نوشته . در صورت وجود لینک ما در سایت شما لینکتان به طور خودکار در سایت ما قرار میگیرد.





نويسندگان
دکتر مهدی ادیبی دکتری (phd مهندسی هسته ای )
مهسا بلاغی
زینب خیری
آسیه برومندی
آزاده نظری
فاطمه تورجی
نجمه سلیمانی تژاد
بهزاد خسروپور
فرشاد احمدی
خسرو شیردل
خانم انوری



نام :
وب :
پیام :
2+2=:
(Refresh)

<-PollName->

<-PollItems->

خبرنامه وب سایت:





آمار وب سایت:  

بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید هفته :
بازدید ماه :
بازدید کل :
تعداد مطالب : 125
تعداد نظرات : 4
تعداد آنلاین : 1